تحلیل حساسیت سوبول و بهینه‌سازی پارامترهای فرزکاری استخوان کورتیکال برای کنترل دما و نیروی برشی با روش سطح پاسخ

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی آخوندی ¹

وحید طهماسبی ²

مهدی قاسمی ¹

¹ گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

² گروه مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

10.22067/jacsm.2026.94087.1337

چکیده

این مطالعه تجربی به بررسی فرایند فرزکاری استخوان کورتیکال و تحلیل حساسیت پارامترهای کلیدی مانند سرعت دورانی، عمق برش، نرخ پیشروی و قطر ابزار می‌پردازد. فرزکاری استخوان در جراحی‌های ارتوپدی و مغز و اعصاب از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و کنترل دما و نیروی برشی یکی از چالش‌های اصلی این فرایند است. در این تحقیق، آزمایش‌ها بر روی نمونه‌های استخوانی گاو انجام شد و تأثیر این چهار پارامتر بر دما و نیروی برشی مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل حساسیت سوبول برای ارزیابی سهم هر پارامتر در تغییرات دما و نیرو به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که عمق برش با سهم 90/7 درصد بیشترین تأثیر را بر دما داشته، در حالی که قطر ابزار با 59/7 درصد به‌عنوان مهم‌ترین عامل در تغییرات نیروی برشی شناسایی شد. در نهایت، بهینه‌سازی فرآیند با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) برای دستیابی به شرایط بهینه انجام شد. این یافته‌ها می‌تواند به انتخاب بهینه پارامترها در فرایندهای جراحی و کاربردهای زیست‌پزشکی کمک کند.

کلیدواژه‌ها

فرزکاری استخوان

دما

بهینه‌سازی

تحلیل حساسیت

نیرو

موضوعات

• ماشین کاری

---

عنوان مقاله English

Sobol Sensitivity Analysis and Optimization of Cortical Bone Milling Parameters for Temperature and Cutting Force Control Using Response Surface Methodology

نویسندگان English

علی آخوندی ¹

Vahid Tahmasbi ²

Mehdi Qasemi ¹

¹ Department of mechanical Engineering, Arak university of technology, Arak, Iran

² department of mechanical engineering, Arak university of technology, Arak, Iran

چکیده English

This experimental study investigates the cortical bone milling process, focusing on the sensitivity analysis of key machining parameters such as spindle speed, cutting depth, feed rate, and tool diameter. Bone milling plays a critical role in orthopedic and neurosurgical procedures, where controlling temperature and cutting forces is a significant challenge. Experiments were conducted on bovine bone samples to evaluate the effects of these four parameters on cutting temperature and cutting force. A Sobol sensitivity analysis was employed to assess the contribution of each parameter to the variations in temperature and force. The results revealed that cutting depth had the most significant impact on temperature, contributing 90.7%, while tool diameter was identified as the dominant factor affecting cutting force, accounting for 59.7%. Furthermore, multi-objective optimization using Response Surface Methodology (RSM) was applied to determine the optimal process conditions. These findings provide valuable insights for optimizing machining parameters in surgical and biomedical applications.

کلیدواژه‌ها English

Bone milling

Temperature

Optimization

Sensitivity analysis

Force