عنصر النمذجة منهجية الديناميكي تجربة محدودة لتقييم عالية معدل الانفعال الاستجابة الميكانيكية للالحيوية لينة

ملخص

الدراسة الحالية تنص منهجية محاكاة عنصر التجربة محدودة بالإضافة إلى الحصول على استجابة الميكانيكية الحيوية ذو محورين من المواد الحيوية لينة (الدماغ والكبد ووتر، والدهون، وما إلى ذلك). النتائج التجريبية عديد المحاور التي نشأت بسبب العينة انتفاخ الحصول عليها من انقسام هوبكنسون اختبار الضغط بار تحولوا إلى صحيح سلوك الإجهاد والانفعال ذو محورين عندما محاكاة من خلال التحسين تكرارية من تحليل عنصر محدود من مادة بيولوجية.

الملخص

تقدم هذه الدراسة مجتمعة عنصر تجريبي ومحدود (FE) نهج المحاكاة لدراسة السلوك الميكانيكي للمواد حيوية لينة (مثل المخ والكبد ووتر، والدهون، وما إلى ذلك) عند التعرض لمعدلات عالية الضغط. استخدمت هذه الدراسة سبليت هوبكنسون الضغط بار (SHPB) لتوليد معدلات سلالة من 100-1،500 ثانية ^-1. وSHPB العاملين بار المهاجم تتألف من المواد اللزجة (البولي). تم الحصول على عينة من مادة بيولوجية قريبا بعد الوفاة وإعداد لاختبار SHPB. وموسط العينة بين الحادث والحانات التي تنتقل عن طريق، وتم تنشيط المكونات الهوائية من SHPB لدفع شريط المهاجم نحو شريط الحادث. الأثر الناتج لدت موجة التوتر الضغط (أي موجة الحادث) الذي سافر من خلال شريط الحادث. عندما وصلت موجة التوتر الضغط نهاية شريط الحادث، واصل جزء إلى الأمام من خلال العينة ونقلها شريط (ط.e. موجة المنقولة)، في حين عكس جزء آخر من خلال شريط الحادث موجة الشد (أي انعكست موجة). تم قياس هذه الموجات باستخدام أجهزة قياس الضغط التي شنت على الحادث والحانات المرسلة. تم تحديد السلوك الإجهاد والانفعال الحقيقي للعينة من المعادلات القائمة على انتشار الموجات وتوازن القوة الحيوية. كانت تجريبية استجابة الإجهاد والانفعال ثلاثية الأبعاد في الطبيعة، لأن العينة انتفخ. على هذا النحو، وقد استخدم الضغط الهيدروستاتيكي (ثابتة أولا) لتوليد استجابة الإجهاد والانفعال. من أجل استخراج ذو محورين (ذات البعد الواحد) استجابة الميكانيكية للأنسجة، تم إجراء أمثلية إلى جانب متكررة باستخدام النتائج التجريبية وتحليل العناصر المحدودة (FEA)، الذي يتضمن نموذج متغير (ISV) المواد الدولة الداخلية المستخدمة في الأنسجة. نموذج المواد ISV المستخدمة في عمليات المحاكاة FE من الإعداد التجريبية ومعايرة تكرارا (أي الأمثل) للبيانات التجريبية من هذا القبيل ثاتي التجربة والهيئة الاتحادية للبيئة القيم سبر سلالة وثابتة الأول من الضغوط كانت في اتفاق جيد.

المقدمة

حافز

كان هوبكنسون الضغط بار (SHPB) التجربة / النمذجة عنصر محدود من المواد الحيوية لينة (مثل المخ والكبد ووتر، والدهون، الخ) لاستخراج السلوكيات الميكانيكية ذو محورين من أجل مواصلة تنفيذ في جسم الإنسان FE - الهدف الأساسي لتقسيم جانب المحاكاة تحت الأحمال الميكانيكية الضارة. يتكون جسم الإنسان عنصر محدود (FE) نموذج لشبكة الجسم البشري مفصلة والتاريخ تعتمد متعددة النطاقات اللزجة-viscoplastic الدولة الداخلية النموذج المتغير (ISV) المواد لمختلف الأعضاء البشرية. هذا نموذج جسم الإنسان يمكن أن تستخدم لوضع إطار لبناء معايير أفضل لحماية الاصابة، لتصميم واقية مبتكرة، وتمكين المحتل تصميم المركبات في المقام الأول.

وقد لوحظ على نطاق واسع وضعين من ارتفاع معدل الإصابة في مجال الصدمات النفسية البشرية: انفجار ناسفة وتأثير حادة. أضرار ناجمة عن انفجار من الأسلحة المتفجرة هو المصدر الرئيسي للtraumatiإصابة ج (TI)، والسبب الرئيسي للوفاة في ساحة المعركة ^1. عندما انفجرت، هذه المتفجرات تشكل نشر الخارج موجة الصدمة التي تنتج تسارع كبيرة ومفاجئة والتشوهات. الأحمال الناتجة تشكل تهديدات خطيرة لهؤلاء المعرضين. على الرغم من أن أي جزء من التشريح يمكن أصيب موجات الصدمة، والمناطق الرئيسية التي تهم هي: (1) الأطراف السفلية نتيجة لقربها من الأرض، و (2) الرأس منذ إصابات يمكن أن تمنع وظيفة المخ المعتادة والبقاء على قيد الحياة ^{2 (3).} ويمكن تصنيف هذه الإصابات كما إصابات الابتدائي والثانوي، أو التعليم العالي اعتمادا على نوع من إصابة لحقت به. لأنه يتميز قوة متفجرة بوزنه أو حجم، وبعد المسافة المواجهة، مدة النبضة إيجابية، والوسيلة التي يسافر، يمكن أن يكون من الصعب تصنيف كاف هذه الإصابات ^3-6. وتشير تقارير الكونغرس أن العسكريين قد عانى ما يقرب من 179،000 الإصابات الناجمة عن المتفجراتالأسلحة والمركبات تعطل في العراق وأفغانستان من عام 2000 حتى مارس 2010 ^2. ونظرا لطبيعة ومواقع قتالية حديثة، إصابات الرأس هي مصدر قلق الرائدة لكل من الجيش والمدنيين ^3.

وبصرف النظر عن سيناريوهات قتالية، TI لديها العديد من الأسباب بما في ذلك الصدمات السيارات. مسابقات رعاة البقر و الدراجات النارية و الحوادث المنزلية. والإصابات الرياضية. لا تزال على سبيل المثال، على الرغم من التحسينات لمعدات السلامة والبروتوكولات، التي يسببها ميكانيكيا إصابات في الدماغ (TBI) ليكون المصدر الرئيسي للوفيات والمراضة مدى الحياة في الولايات المتحدة ومركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC) تقارير ما يقرب من 1.4 مليون أحداث المصرف التجاري العراقي كل العام، منها ما يقرب من 50000 حالة قاتلة. كرة القدم الأمريكية وحده مسؤولا عن أكثر من 300000 TBIs كل ^​​7 سنوات. الناجون من هذه الإصابات هم معرضون لمضاعفات عصبية طويلة الأجل تتصل الإحساس والإدراك، والاتصالات. في هذا الوقت هناك ما يقرب من5.3 مليون الأمريكيين الذين يعيشون مع هذه العيوب المزمنة والإعاقات. وبلغ مجموع التكاليف الطبية الأميركية المباشرة وغير المباشرة 2000-2010 60000000000 $ ^8. إلا أن هذه الأرقام لا تمثل التكاليف والخسائر غير الطبية، أو تلك التي تكبدها أسر وأصدقاء دعم مرضى المصرف التجاري العراقي. ما وراء بحتة التحليل الاقتصادي والعجز TBI التي يسببها يخلق انخفاض كبير في نوعية الحياة التي يمكن أن تظهر على أنها عبء كبير على الأسر والمجتمع.

الحاجة إلى مزيد من الفهم للتشكيل، وتوصيف، والوقاية من TI واضحة. دراسات النشاط الحيوي من الآليات الكامنة التي تسبب TI تقديم رؤية وفرصة للحد من التعرض أو تحسين ميزات السلامة لأولئك المعرضين للخطر المحتمل لTI. وعلاوة على ذلك، فإن المزيد من التقدم من الفهم العام لتشكيل TI قد تحسن طرق التشخيص والمعايير، وتوفير الأطباء الذين يعالجون TI مع وسائل أفضل لتحسين نتائجالصورة وإنقاذ الأرواح.

وهناك حاجة إلى معرفة أفضل الآليات الضرر وفهم أفضل للالميكانيكا الحيوية للتنمية إصابة وضع تدابير وقائية فعالة لجسم الإنسان. تاريخيا، تعرقلت عمليات المحاكاة التي تهدف إلى إصابات توقع بسبب القيود الحسابية وكذلك الاخلاص من التشريحية ونماذج المواد المستخدمة. وقد ركزت محاكاة كاملة للجسم على الأحمال الكلية على كل جزء من الجسم، ولكن لم يحترم المحلي الإجهاد، والتوتر، والضرر في كل جهاز، العضلات، والعظام، الخ. على سبيل المثال، ونماذج لحظة الكتف تستخدم أبعاد الذراع، والحمل، وزاوية تطبيق للبحث عن القيم المجدولة التي تحدد ما إذا كان سيناريو معين خطرة. عملية حسابية من هذا النوع مفيد لتقديرات سريعة ولكن لا يمكن التقاط ما يحدث محليا من يد كل وسيلة في الكتف، وخصوصا عندما الأضرار والإصابات والمحلية في جوهرها. ثانيا، FE الصورةوقد استخدمت imulations للقبض على الاستجابة المحلية. لم يكن القيد في هذه الجهود الهيئة الاتحادية للبيئة في حد ذاته، ولكن نماذج المواد التي تحدد سلوك كل جزء من الجسم تحت الأحمال إصابة الانفجار. يتم تكييفها نماذج المواد المستخدمة سابقا من مواد أبسط ولم سعت للقبض على عدد لا يحصى من السلوكيات المعقدة الميكانيكية التي أظهرتها الأنسجة البيولوجية. ولذلك، عالية الدقة النماذج الحسابية مع نماذج المواد ISV للأجهزة في الجسم البشري تمثل الطريقة الأكثر واقعية للتحقيق في الفيزياء والميكانيكا الحيوية للمؤشرات النقل، لتصميم واقية مبتكرة، ووضع معايير أفضل للمقاييس الإصابة.

معلومات أساسية عن انقسام هوبكنسون بار الضغط (SHPB) والمتغير الدولة الداخلي (ISV) مادة نموذج

بسبب قضايا أخلاقية مع المجراة اختبار بالأعضاء البشرية والمسائل اللوجستية المرتبطة واسعة النطاق اختبار جثي الإنسان، وداءويشمل الجهود البحثية الأنف والحنجرة التجارب الميكانيكية في المختبر باستخدام العينات المحضرة من أجهزة المستخرجة من بدائل الحيوان (على سبيل المثال، خنزير كبديل الأكثر استخداما). وقد البوليمر SHPB الأسلوب المفضل لفي التجارب المختبرية الحيوية لينة بأسعار سلالة عالية. تدرج السلوكيات التشوهي ذات الصلة من SHPB الاختبارات والمعلومات ذات الصلة تلف الأنسجة المقابلة من الميزات المجهرية من الأنسجة في نماذجنا المواد ISV عن الوصف الميكانيكية لعضو ^10/09. ثم يتم تطبيق هذه النماذج المادية في أعمالنا الظاهري نموذج جسم الإنسان لإجراء FEA من اصابات مختلفة. هذه العملية تمكننا من المضي قدما نحو هدف التنبؤ بدقة الفيزياء والطبيعة من إصابة لجهاز معين تحت مختلف ظروف التحميل الميكانيكية (الناجم عن الانفجار على سبيل المثال، حادث سيارة، وتأثير كليلة) دون الحاجة لمزيد من التجارب الفعلية. من أجل وصف دقيق رانه الظواهر الخواص الميكانيكية، ولا سيما ارتفاع معدل الإعالة سلالة المستوى، من المواد الحيوية المستخدمة في عمليات المحاكاة FE من جسم الإنسان، وقد أجريت التجارب SHPB على المواد الحيوية للحصول على ردود الميكانيكية الحيوية بأسعار سلالة المتعلقة مؤشرات النقل البشري. ويقدم لمحة عامة عن الإعداد SHPB في مركز نظم بالعربات المتقدمة (كليفلاند)، جامعة ولاية ميسيسيبي (MSU) في الشكل رقم 1.

وقد أظهرت دراسات سابقة أن اختبار SHPB يعاني من ثلاثة عيوب رئيسية ترتبط معها ^12-18. واحد الأول والأكثر أهمية هو تأثير بالقصور الذاتي المادي، الذي يظهر في الاستجابة الميكانيكية ارتفاع معدل سلالة من عينة بيولوجية بمثابة مسمار الأولي. من أجل التغلب على هذه المشكلة، اقترح الجهود البحثية السابقة تعديل هندسة عينة من اسطوانية الشكل إلى مكعبة أو حلقية الشكل. وكانت السلوكيات الناتجة الميكانيكية من مثل هذه الدراسات المختلفة جيئة وذهابام بعضها البعض لهندسة العينة أثرت على انتشار الموجات، والتفاعلات موجة، والاستجابة الميكانيكية. وقد أدى هذا النوع من التعديل لهندسة عينة لتمثيل الخاطئة من الاستجابة الميكانيكية (عديد المحاور وغير موحدة حالة التوتر) من مادة بيولوجية. كان العيب الرئيسي الثاني عدم القدرة على الحفاظ على توازن قوة ديناميكية خلال الاختبار. تغلب الباحثون هذه المشكلة عن طريق الحد من العينة نسبة سماكة إلى قطر و / أو تجميد الأنسجة قبل الاختبار. في حين أن الحد تناولت العينة نسبة سماكة إلى قطر مسألة توازن القوة الديناميكية، وتجميد الأنسجة وزاد من تعقيد إجراء اختبار لأنها غيرت خصائص المواد نظرا لبلورة الحاضر الماء في الأنسجة. وهناك عدد من الدراسات التخلي تماما SHPB لتجنب العيوب المذكورة أعلاه وتستخدم أنابيب صدمة للحصول على استجابة ضغط الوقت في مختلف النماذج الحيوانية (الفئران والخنازير، وما إلى ذلك). ومع ذلك، هذه لنماذج آي مال لا تعطي ذات بعد واحد ذو محورين السلوكيات الإجهاد والانفعال اللازمة لنماذج المواد المستخدمة في عمليات المحاكاة FE. كان الخلل الثالث على فشل SHPB لإعطاء الأبعاد النتائج واحدة الإجهاد والانفعال بسبب العينة إنطلاق بسبب ليونة المادية وكمية من محتوى الماء في العينة.

وبالتالي، فإن SHPB يقدم جهاز الفحص صالحة لكسب بيانات معدل الضغط العالي. لمواد لينة، ومع ذلك، فإن SHPB يدفع انتفاخ التي تنتج حالة التوتر ثلاثية الأبعاد بشكل رئيسي من الضغط الهيدروستاتيكي، ولكن المطلوب هو البيانات الأبعاد الإجهاد والانفعال واحد. نعرض هنا كيف يمكن للمرء أن الاستمرار في استخدام SHPB لحشد ذو محورين منحنى الإجهاد والانفعال الحقيقي أحادي البعد عن المادية معايرة النموذج. ومع ذلك، يتم تعقيد عملية المشاركة في الحصول على منحنى الإجهاد والانفعال الحقيقي ذو محورين. وتشمل هذه العملية كل من البيانات التجريبية متعددة محوري ونتائج المحاكاة FE، ويتطلب إعادة تقويم التكرارية لالثوابت نموذج المواد. يتطلب تنفيذ ذات بعد واحد من طراز المواد ISV في MATLAB، المعروف أيضا باسم محاكاة نقطة المادية والبيانات التجريبية ذات بعد واحد للمعايرة. لذلك، تم تحسين نموذج المواد ISV باستخدام عملية المعايرة المنتظمة. هنا، اعتبر البيانات التجريبية من الاختبارات SHPB في سياق صياغة نظرية الأمواج وتوازن القوة الديناميكية (MSU ارتفاع معدل البرمجيات). من أجل لحساب تشتت اللزجة من SHPB البوليمر، والمعادلات تشتت اللزجة، كما أفاد تشاو وآخرون (2007)، نفذت في جامعة ولاية ميشيغان ارتفاع معدل البرمجيات. ساعدت المعادلات تشتت اللزجة في ضمان توازن قوة ديناميكية مع الاختبار. تم تعديل أحادية البعد محاكاة نقطة المواد ثم في سياق منهجية النمذجة التجربة-FE زوجين حتى اعتبرت العمليتين لتكون متوافقة بشكل مناسب، وهذا هو، وكانت البيانات من كلا في اتفاق جيد. وكانت هذه البياناتتستخدم لضبط الثوابت المواد نموذج ISV بمقارنة (ذات البعد الواحد) استجابة الميكانيكية MATLAB محاكاة رد فعل مواد و(واحدة الأبعاد) العينات الإجهاد المنتصف نموذج SHPB FE و. هنا كان عنصر الإجهاد عينة نموذج FE على طول اتجاه موجة التحميل. ثم تم معايرة سلوك ثلاثي الأبعاد من طراز عينة FE قبل تنفيذ تكرارا المحاكاة FE وضبط الثوابت ISV ذلك هذا الاتجاه تحميل الإجهاد بلغ متوسط ​​حجم المترابطة بشكل جيد مع التجارب الحقيقية استجابة الإجهاد والانفعال. وهكذا، تم إجراء عملية التحسين متكررة بين البيانات التجريبية، نتائج FE، وبعد واحد نموذج المواد ISV. ويبين الجدول 1 ملخص للمتغيرات نموذج المواد ISV (MSU TP الإصدار 1.1) ^11.

أهم عنصر لهذه المنهجية هو الحصول على استجابة الميكانيكية ذات بعد واحد من مادة بيولوجية ومعالمها الماديةلنموذج المواد ISV، التي تلتف حول القضايا اختبار SHPB للحالة التوتر عدم تماثله. أنه يفصل أيضا إلى استجابة غير الخطية الأولية للمادة بيولوجية الناجمة عن آثار القصور الذاتي ويجعل استجابة الميكانيكية التي هي متأصلة في المواد. أظهر منهجية اقترن أيضا أن أي تغيير في هندسة عينة يتغير تماما قيمة مشكلة الحدود (BVP) واتجاه تحميل صحيح الإجهاد والانفعال للعينة. على هذا النحو، فإن المنهجية المذكورة أعلاه يمكن استخدامها مع أي نموذج مادي (الظواهر أو بناء المجهرية) لمعايرة ومن ثم محاكاة السلوكيات ارتفاع معدل سلالة من الأعضاء البشرية تحت الأحمال الميكانيكية الضارة.

البروتوكول

بيان الأخلاق: ملاحظة: العمل الحالي هي فريدة من نوعها لسياسة البحوث في المؤسسة، ويتبع بدقة مناسبة السلامة البيولوجية ومكتب الامتثال التنظيمي (ORC) المبادئ التوجيهية.

1. المواد الحيوية عينة المشتريات

1. ارتداء معدات الوقاية الشخصية وفقا للبروتوكولات القياسية للسلامة الأحيائية من المختبر و / أو مؤسسة. ارتداء الأحذية الأصابع المغلقة، والسراويل الطويلة، معطف المختبر، والقفازات الجراحية، قناعا واقيا، ونظارات السلامة أثناء التعامل مع الأنسجة واختبار الخنازير.
2. الحصول على أنسجة الخنازير (الرأس والبطن، أو الساق الخلفية) من الخنازير صحية من المسالخ المحلية في غضون 1-2 ساعة بعد الوفاة.
3. تخزين الأنسجة الخنازير في أكياس سلامة بيولوجية ومن ثم وضعها في وعاء مثلج (5،56-7،22 ~ ° C).
   ملاحظة: استخدم مقياس حرارة للتأكد من أن درجة الحرارة في العينة الخنازير لا تنخفض الى اقل من 7.22 ° C.
4. نقل الأنسجة الخنازير إلى أقرب مختبر(في كلية الطب البيطري في جامعة ولاية ميسيسيبي) للتشريح.
5. تحت إشراف طبيب بيطري في كلية الطب البيطري، واستخراج جراحيا الجهاز الخنازير (الدماغ والكبد والعضلات، والدهون، أو وتر) ووضعها في حاويات مليئة الفوسفات مخزنة المالحة (PBS) للتخزين المؤقت (7.4 درجة الحموضة).
6. تخزين الحاويات PBS في برودة مثلج (5،56-7،22 ~ ° C) وعلى الفور نقلهم إلى مرفق اختبار لتحضير العينات والاختبار SHPB.

2. المواد الحيوية إعداد نموذج

1. إزالة الجهاز الخنازير من الحاوية PBS ووضعه على سطح العقيمة.
2. ملاحظة: تحديد اتجاه الألياف الابتدائي ومواقع لكل عينة الاختبار. استخدام أسطواني يموت مع 30 مم القطر الداخلي لتشريح عينة الاختبار من الجهاز الخنازير.
3. إذا تنحصر عينة الاختبار داخل يموت أسطواني، حقن PBS من خلال الطرف الآخر من تشريحأداة للسماح للعينة اختبار لتنزلق سليمة. وضع عينة الاختبار استخراجها على منطقة منفصلة من سطح العقيمة.
4. استخدام مشرط لخفض العينة إلى وصفه سمك ونسبة العرض إلى الارتفاع.
   ملاحظة: للحصول على اختبار SHPB العينات الخنزير، وسمك 10-15 ملم في حين أن نسبة الارتفاع (سمك / قطر) هي 0،33-0،50 (الشكل 2).
5. استخدام الفرجار لقياس سمك وقطر في ثلاثة مواقع مختلفة.
6. تخزين جميع عينات الاختبار في برنامج تلفزيوني جديد حتى الجهاز SHPB جاهز للاختبار.
   ملاحظة: تأكد من أن يتم اختبار العينات في غضون 4 ساعات بعد الذبح.
7. تجاهل العينات التي ليست أسطواني بسبب شق أخطاء أو اختلافات في المقطع العرضي. عينات من مكان التخلص منها في أكياس سلامة بيولوجية. كرر الخطوات من 2،2-2،6 للحصول على عينات اختبار إضافية.

3. سبليت هوبكنسون الضغط شريط الاختبار

1. وضع شريط المهاجم، شريط الحادث، وشريط تنتقل في مالدعامات ETAL لاختبار SHPB.
   ملاحظة: تأكد من أن القضبان حر الحركة لمسة والتي تتماشى واجهات مع بعضها البعض. توفير سدادة لشريط تنتقل للسلامة.
2. توصيل أجهزة قياس الضغط الالتزام بها الحادث والتي تنتقل عن طريق القضبان إلى مكبر للصوت إشارة. بدوره على إشارة مكبر للصوت التكييف والكمبيوتر وحدة دق.
3. تهيئة سرعة عالية برنامج التقاط البيانات.
4. التحقق من اسر المباشر لإشارات لمعرفة ما إذا كانت تقع ضمن المعدل الطبيعي، وإلغاء إشارات الضجيج من خلال النقر على أيقونة الصفر.
5. إدخال مستوى الزناد ومعدل البيانات (2 ميغاهرتز).
6. تهيئة البرنامج لتسجيل مرة واحدة وقد تم تحقيق مستوى الزناد.
7. تحميل شريط المهاجم المجاور لغرفة الضغط. ملء غرفة الضغط إلى الضغط المطلوب.
   ملاحظة: مجموعة ضغط النموذجية 5-25 رطل.
8. صفر خارج متر سرعة ليزر عن طريق الضغط على زر الصفر وضعه لقراءة با مهاجمص السرعة من خلال وضع شريط عاكس على شريط المهاجم خلف أجهزة استشعار ليزر.
9. وضع حجرة العينة الحبس بحيث لا تعيق حركة الحادث وشريط المنعكس. وضع شريط الحادث في اتصال مع شريط المرسلة.
10. لأغراض المعايرة، تشغيل اختبار (بدون عينة) عن طريق تشغيل التبديل الزناد لغرفة الضغط على شريط المهاجم.
11. بمجرد الحصول على البيانات في الكمبيوتر وحفظ وتحليل البيانات سبر سلالة SHPB (التي يتم مناقشتها في المقطع التالي) لضمان إجراء الاختبار يعمل بشكل صحيح.
12. ضع عينة اسطوانية بين الحادث وشريط المنقولة ثم قم بإغلاق حجرة العينة الحبس.
    ملاحظة: تأكد من عدم وجود تكييف قبل يتم تنفيذها على عينة.
13. أداء المهام 3،4-3،7 مع العينة وضعت بين الحادث وشريط المرسلة.
    ملاحظة: تأكد من أن عينة محور هو نفس شريط محور. قبل proceediنانوغرام، وتحقق أيضا من أن العينة ليست مضغوطة، ولكن يبقى في الهندسة نفس المستخرجة سابقا.
14. بعد اكتمال الاختبار، استخدم مناديل صحية يمكن التخلص منها لإزالة الحطام عينة من شريط الحادث، شريط المنقولة، وغرفة الحبس العينة. التخلص من كل الحطام وتقضي في أكياس سلامة بيولوجية.
15. تطهير الحانات وعينة الحبس الغرفة باستخدام محلول التنظيف الايثانول 70٪ ومناديل صحية.

4. SHPB البيانات بعد المعالجة

1. فتح "جامعة ولاية ميشيغان ارتفاع معدل البرمجيات ^19" لتحليل موجات هوبكنسون بار.
2. بدء البرنامج عن طريق فحص نافذة الإعدادات واختيار "التوتر / ضغط" الخيار في وضع الجدولة للاختبار ذو محورين. أيضا، حدد "2 غيج" في علامة التبويب غيج وانقر على "متابعة".
3. في النافذة الرئيسية، حدد فتح ملف 1 تبويب، وانتقل إلى بيانات الحادث موجة من السجل سلالة سبر على incideالإقليم الشمالي بار. حدد الملف المفتوح 2 تبويب لاستيراد شريط تنتقل سجل سلالة سعة.
4. حدد علامة التبويب معلمات في النافذة الرئيسية وإدخال المعلمات المادية للإعداد الاختبار بما في ذلك: أبعاد بار، والجهد لتوتر العوامل والمواقف سلالة المقياس، والثوابت اللزجة التشتت. انقر على "متابعة".
5. ثم حدد علامة التبويب البيانات حدد في النافذة الرئيسية واستخدام أشرطة المؤشر للحد من مجموعة البيانات فقط كمية البيانات التي تحتوي على الحادث، تنعكس، وتنتقل الموجات. انقر على "متابعة".
6. ثم حدد تحديد علامة التبويب الأمواج في النافذة الرئيسية واستخدام أشرطة المؤشر إلى حصر موجة الحادث في حادثة موجة الرسم البياني، والموجة المنعكسة في موجة الرسم البياني المنعكس، وموجة تنتقل في موجة الرسم البياني المنقولة. انقر على "متابعة".
7. بعد ذلك، حدد علامة التبويب الصحيحة في النافذة الرئيسية للسماح للبرامج لتصحيح تشتت اللزجة ^20-21.
8. لاث حدد علامة التبويب التحول في النافذة الرئيسية. في موجة الرسم البياني، استخدام المؤشر لسحب الحادث، تنعكس، وتنتقل الموجات إلى نفس الموقف المبدئي في الوقت المناسب عن طريق اختيار كل واحدة على حدة في تحديد تبويب الموج. عرض كافة الأمواج في بيانات الرسم البياني. عند الانتهاء، انقر فوق "متابعة".
9. في ملف النتائج، حفظ الحمل، والتشريد، والموقف، وسرعة، وملامح بالنقر على "حفظ باسم".
10. استخدام الطرق التقليدية في Microsoft Excel (أو أي برنامج جداول البيانات الأخرى) لحساب الإجهاد والتوتر صحيح صحيح باستخدام أبعاد العينة قياس قبل الاختبار هوبكنسون بار.

5. SHPB عنصر محدود النمذجة

1. استخدام التجاري العناصر المحدودة (FE) والبرمجيات، خلق نموذج FE من الإعداد SHPB.
   ملاحظة: استخدم نفس هندستها وخصائص المواد.
2. تعيين سرعة الأولية للنموذج FE شريط مهاجم لتهيئة محاكاة FE.
   ملاحظة: سرعةمن مهاجم شريط يجب أن تتوافق مع أنه في التجربة SHPB لمعدل سلالة معينة ^9.
3. إنشاء نموذج FE من الإعداد SHPB دون عينة وضعت بين الحادث والحانات المرسلة. تشغيل المحاكاة FE.
   ملاحظة: مهاجم محاكاة شريط السرعة يجب أن تتوافق مع التجريبية شريط المهاجم سرعة تحت عنوان "لا نموذج" الشرط. تعيين خصائص المواد الواردة في الجدول 1 للقضبان البوليمر.
4. تحقق مما إذا القياسات سلالة سعة (وصمة عار في مقابل الوقت) في التجربة وFE المحاكاة هي في اتفاق جيد.
5. دمج عينة بيولوجية في نموذج FE من الإعداد SHPB. تعيين تنفيذ ثلاثي الأبعاد (في تنسيق ملف vumat ²²⁾ من طراز المواد ISV على عينة بيولوجية ^11.
6. إجراء دراسة شبكة الصقل باستخدام ثلاثة أحجام شبكة مختلفة ومن ثم تحليل النتائج لتحديد ما إذا كانت الحلول تتلاقى.
   ملاحظة: شبكةحجم يتوافق مع العدد الإجمالي للمسدس الأضلاع و / أو العناصر رباعي السطوح التي تشكل نموذج FE. حدد نموذج FE بأقل حجم شبكة أن يتقارب بعد مزيد من المحاكاة ^9.
7. إجراء من خطوتين FE نموذج المعايرة. في الخطوة الأولى، وتحميل البيانات التجريبية في ذات بعد واحد تنفيذ نموذج المواد ISV.
8. معايرة منحنى الإجهاد وصمة عار الحقيقي للتجربة مع منحنى الإجهاد والانفعال الحقيقي للنموذج من خلال تعديل معايير وISV نموذج المواد (انظر الجدول 1).
   ملاحظة: هناك حاجة إلى مزيد من التكرار لأن البيانات SHPB التجريبي ثلاثي الأبعاد في الطبيعة في حين أن النموذج المادي هو أحادي البعد.
9. تعيين الثوابت المواد ISV على عينة بيولوجية في نموذج FE من الإعداد SHPB.
10. تشغيل المحاكاة FE مع سرعة شريط مهاجم ونموذج معدل الضغط تشوه المقابلة لاختبارات SHPB بمعدل سلالة نفسه.
11. المقارنةإعادة القياسات سلالة سعة من التجربة وFE محاكاة لاتفاق جيد (سلالة مقابل الوقت).
    ملاحظة: إذا كان هناك اتفاق جيد بين المحاكاة FE والقيم سبر سلالة التجربة، انتقل إلى الخطوة الثانية من عملية معايرة النموذج. إن لم يكن، تكرار المهام 5،7 حتي 5،11.
12. في الخطوة الثانية من معايرة النموذج FE، تشغيل FE سلالة محاكاة SHPB البيانات سبر تجربة البرمجيات مرحلة ما بعد المعالجة، برامج جامعة ولاية ميشيغان ارتفاع معدل ^19-21.
    ملاحظة: إذا كان يقارن محاكاة حقيقية استجابة الإجهاد والانفعال إلى التجريبية الحقيقية استجابة الإجهاد والانفعال، ثم تم الانتهاء من خطوتين FE نموذج المعايرة. إن لم يكن، تكرار المهام 5،7 حتي 5،12.
13. أداء متوسط ​​حجم الاتجاه تحميل (Σ ₃₃₎ الضغط على عناصر محور من عينة نموذج FE.
    ملاحظة: إذا كان هذا التوتر هو في اتفاق جيد مع منحنى الإجهاد والانفعال من الأبعاد واحد ISV نتيجة نموذج المواد، ثم نتائج التي تم الحصول عليها من خلال المهام 5.7-5.12 هي محسوبة تماما. إن لم يكن، تكرار المهام 5،7 حتي 5،13. رد الإجهاد والانفعال الحقيقية من خلال القبض على التنفيذ على بعد واحد من طراز المواد ISV تمثل ذو محورين الحقيقية استجابة الإجهاد والانفعال من مادة بيولوجية الذي تم اختباره في إعداد SHPB.

النتائج

ويتمثل فعالية منهجية يقترن في الشكل (3). هنا في SHPB التجريبية استجابة الإجهاد والانفعال للدماغ هي في حالة التوتر الدنيا (مع الضغط الذروة من 0.32 ميجا باسكال) بالمقارنة مع حالة التوتر من المواد ذات بعد واحد محاكاة نقطة (بقيمة ذروة 0،74 ميجا باسكال)، الذي هو أقرب إلى FE خط الوسط عينة (عنصر) المتوسط. ويرجع ذلك إلى طبيعة التشوه الذي الحيوية لينة المعرض هذا. لأن معدلات إجهاد مرتفعة، وسرعة الأمواج وقوة بيولوجية منخفضة، وانتشار الموجات بالقصور الذاتي والإجهاد في الطلب ا...

المناقشة

منهجية ذكرت أن الأزواج التجربة SHPB وFE نمذجة SHPB تقدم رواية وتقنية فريدة من نوعها لتقييم ذو محورين الحقيقية استجابة الإجهاد والانفعال من مادة بيولوجية في معدلات سلالة عالية. من أجل الحصول على الخواص الميكانيكية الجوهرية للأنسجة الأم، يجب توخي الحذر للحفاظ على عينة بيولوجية بين 5،56-7،22 ° C قبل الاختبار SHPB. إذا تم تبريد العينة أقل من 5.56 ° C، الحاضر الماء في الأنسجة يبدأ crystalize في الثلج، وبعد ذلك يتغير الخواص الميكانيكية للأنسجة و. بينما غيرهم من الباحثين ^15-18...

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
ارتفاع ضغط 316 الفولاذ المقاوم للصدأ الخيوط الأنابيب المناسبة, 1/2 ذكر × 1/4 أنثى حجم الأنابيب, عرافة الحد من البطانة	ماكماستر كار		2
نوع 316 الفولاذ المقاوم للصدأ الخيوط الأنابيب المناسبة, 3/4 ذكر × 1/4 أنثى, عرافة الحد من البطانة 150   psi	McMaster-Carr		2
صمام كروي 316SS سهل الصيانة ، مع 316 نهايات من الفولاذ المقاوم للصدأ ، 1/2 "NPT أنثى	McMaster-Carr		2
صمام كروي 316SS سهل الصيانة ، مع 316 نهايات من الفولاذ المقاوم للصدأ ، 3/4 "NPT أنثى	McMaster-Carr		2
ASME-code صمام أمان من الفولاذ المقاوم للصدأ ، 1/4 ذكر NPT ، 300 & nbsp ؛ psi	McMaster-Carr		2
الشديد 316SS الدقة ، حجم الأنبوب 1/2 × 1/2 ، طول 1-7 / 8 بوصة ، حلمة عرافة	ماكماستر كار		8
نوع 316 تركيب أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ ، 1/2 حجم الأنبوب ، نقطة الإنطلاق ، 150 & nbsp ؛ psi	McMaster-Carr		2
مقياس الاختبار مع حالة الأمان ، حالة البوليستر ، قياسي ، جاف ، 600 & nbsp ؛ psi	McMaster-Carr		2
مقياس رقمي ، علبة بلاستيكية ، قرص 2-1 / 2 بوصة ، اتصال سفلي 1/4 ، 300 & nbsp ؛ psi	McMaster-Carr		2
نوع 316 الفولاذ المقاوم للصدأ 37 درجة تركيب أنبوب متوهج ، محول لأنبوب 1/4 "OD × 1/8" NPT الأنابيب الذكور	McMaster-Carr		12
303 الفولاذ المقاوم للصدأ 37 درجة JIC دوار المناسب ل 3/16 "ID	McMaster-Carr		12
خرطوم كيميائي عالي الضغط ، معرف 3/16 "، 0.312" OD ، 3,000 رطل لكل بوصة مربعة	ماكماستر كار		6
منظم غاز عالي النقاء أحادي المرحلة ، نيتروجين ، 0-125 رطل لكل بوصة مربعة ، خرطوم CGA # 580	McMaster-Carr		2
لتركيبات غاز النيتروجين والأرجون والأكسجين النحاسي ، خرطوم PTFE ، 3 'L ، 1/4 "ID ، 3،600 رطل لكل بوصة مربعة	McMaster-Carr		2
[header]
الضغط الشديد 316 SS تركيب الأنابيب الملولبة 1/4 × 1/4 حجم الأنبوب ، عرافة الحلمة	ماكماستر كار		4
ضغط شديد 316 SS تركيب أنابيب ملولبة 3/4 × 3/4 حجم الأنبوب ، عرافة الحلمة	ماكماستر كار		2
الضغط الشديد 316 SS تركيب الأنابيب الملولبة 1/4 ذكر × 1/8 حجم الأنبوب الأنثوي ، سداسية البطانة	ماكماستر كار		2
محول تركيب أنبوب ضغط نحاسي قياسي ل 1/4 "أنبوب OD × 1/4" NPTF ذكر الأنابيب	ماكماستر كار		4
كوبالت 1/4 في منظم صغير مع مقياس	منخفض		2
1/4 "× 25 قدم أنابيب البولي إيثيلين	Lowes		2
1-1 / 2" قطر البولي كربونات (PC) قضيب	McMaster-Carr		2
LTV-35 4-Way Valve Mead Fluid Dynamics	Motion Industries		2
مشغل هوائي مزدوج	الحركة Valtronic		2
صمام كروي من الفولاذ المقاوم للصدأ 1/2 "	Valtronic		2
وعاء ضغط Buckeye	Buckeye		2
SR-4 للأغراض العامة FAE-25-35SX مقاييس الإجهاد	القياس الجزئي Vishay Precision Group		2
M-M مضخم تكييف الإشارة 2310A	القياس الجزئي Vishay Precision Group		1
ليزر ROLS-W الاستشعار البصري	Monarch Instruments		1