המחקר הנוכחי קובע מתודולוגיה סימולציה אלמנט ניסוי-סופי בשילוב להשיג את התגובה המכנית הדינמית uniaxial של ביו-חומרים רכים (מוח, כבד, גיד, שומן, וכו '). תוצאות ניסוי multiaxial שהתעוררו בגלל הדגימה בולטת שהתקבלו מבדיקות בר לחץ הפיצול-הופקינסון שניתנו להתנהגות מתח מתח אמיתית uniaxial כאשר מדומה באמצעות אופטימיזציה איטרטיבי של ניתוח האלמנטים הסופי של החומר הביולוגי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
ניסוי-סופי יחד אלמנט דוגמנות מתודולוגיה להערכת הזנים שיעור גבוהים מכאנית תגובה של Biomaterials רך
במאמר זה
סיכום
תקציר
מחקר זה מציע גישת סימולציה אלמנט ניסיוני וסופי משולב (FE) לבחינת ההתנהגות המכנית של ביו-חומרים רכים (לדוגמא מוח, בכבד, בגיד, שומן, וכו ') כאשר הם נחשפים לשיעורי זן גבוהים. מחקר זה נוצל בר לחץ הפיצול-הופקינסון (SHPB) כדי ליצור שיעורי זן של 100-1,500 שניות -1. SHPB מועסק בר חלוץ מורכב מחומר viscoelastic (פוליקרבונט). מדגם של החומר הביולוגי הושג זמן קצר נתיחה שלאחר מוות ומוכן לבדיקת SHPB. הדגימה התערבה בין האירוע וברים מועבר, והרכיבים פנאומטיים של SHPB הופעלו לנהוג בר החלוץ לכיוון הבר האירוע. ההשפעה וכתוצאה מכך נוצרה גל דחיסה לחץ (כלומר גל אירוע) שנסע דרך הבר האירוע. כאשר גל לחץ הדחיסה הגיע לסוף שורת האירוע, חלק המשיך קדימה במדגם ומועבר בר (iכלומר. גל משודר) ואילו חלק אחר התהפך בבר האירוע כגל מתיחה (כלומר משתקפים גל). גלים אלה נמדדו באמצעות מדי עיבור רכוב על האירוע וברים מועבר. מתח מתח ההתנהגות האמיתית של המדגם נקבעה ממשוואות המבוססות על התפשטות גל ושיווי משקל כוח דינמי. תגובת מתח מתח הניסיונית הייתה שלושה ממדים בטבע כי הדגימה בלטו. ככזה, המתח ההידרוסטטי (ראשון משתנה) שימש כדי ליצור את תגובת מתח מתח. כדי לחלץ את תגובת uniaxial (חד ממדית) המכנית של הרקמה, אופטימיזציה בשילוב איטרטיבי בוצעה באמצעות תוצאות ניסויים ואנליזת אלמנטים סופיים (FEA), שהכיל חומר מודל משתנה (ISV) פנימי מדינה משמש לרקמות. מודל חומר ISV השתמש בסימולציות FE של הגדרת הניסוי היה מכויל iteratively (מותאם כלומר) לtha כגון נתוני ניסוילא הניסוי וערכי מד מתח FEA ובלתי משתנה הראשונה של לחצים היו בהסכם טוב.
מבוא
מוטיבציה
המטרה העיקרית של הפיצול בשילוב - בר לחץ הופקינסון הניסוי (SHPB) / דוגמנות אלמנטים סופית של ביו-חומרים רכים (כגון מוח, כבד, גיד, שומן, וכו ') הייתה לחלץ ההתנהגויות מכאני uniaxial ליישום נוסף בגוף אדם FE סימולציות תחת עומסים מכאניים פוגעניים. האלמנטים סופיים מודל גוף האדם (FE) מורכב מרשת מפורטת אנושית גוף ומודל היסטוריה תלוי Multiscale viscoelastic-viscoplastic הפנימי מדינת חומר משתנה (ISV) לאיברים אנושיים שונים. מודל גוף אדם זה יכול לשמש למסגרת לבנות סטנדרטים טובים יותר להגנת פציעה, לעצב ציוד מגן חדשני, ולאפשר לעיצוב כלי רכב ממוקד....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
הצהרת אתיקה:: הערה העבודה הנוכחית היא ייחודית למדיניות המחקר של המוסד, ובהחלט עוקבת ביו-הבטיחות והמשרד המתאימים של תאימות לתקנות הנחיות (ORC).
רכש 1. ביולוגי דגימה
- ללבוש ציוד מגן אישי בהתאם לפרוטוקולי בטיחות ביולוגית סטנדרטיים של המעבדה ו / או מוסד. ללבוש נעליים צבאיות סגורות, מכנסיים ארוכים, חלוק מעבדה, כפפות מנתחים, מסכת מגן, ומשקפי בטיחות בעת טיפול רקמות ובדיקות חזיריות.
- להשיג רקמה חזירית (ראש, בטן, או רגל אחורית) של ח....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
היעילות של המתודולוגיה בשילוב מודגמת באיור 3. הנה תגובת מתח מתח הניסיונית SHPB למוח היא במצב מתח נמוך (עם מתח שיא של 0.32 MPA) בהשוואה למצב הלחץ של החומר חד-ממדי סימולטור נקודה (עם ערך שיא של 0.74 MPA), שהוא דומה לקו מרכז מדגם FE הממוצע (אלמנט). זאת בשל האופי של עיוות שתערוכת ביו-חומרים רכים. בגלל שיעורי הזן הם גבוהים, ומהירות הגל ועוצמתו של החומר הביולוגי היא נמוכה, התפשטות גל האינרציה ומתח בעיוות לא אחידה ביקוש חומר. תופעה זו היא הגדול ביותר בקצות המדגם ול.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
המתודולוגיה דיווחה כי זוגות ניסוי SHPB ודוגמנות FE של SHPB מציעים רומן וטכניקה ייחודית כדי להעריך את תגובת uniaxial האמיתית מתח מתח של חומר ביולוגי בשיעורי זן גבוהים. כדי להשיג תכונות מכאניות פנימיות לרקמת הילידים, יש להקפיד לשמור את הדגימה ביולוגי בין 5.56-7.22 מעלות צלזיוס לפני בדיקת SHPB. אם הדגימה היא מקוררת מתחת 5.56 מעלות צלזיוס, מים הנוכחיים ברקמה מתחיל להתגבש לקרח ולאחר מכן משנה את התכונות מכאניות של הרקמות. בעוד חוקרים אחרים 15-18 קפאו המדגם למטרות שימור משפלה .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
המחברים מצהירים בזאת, כי אין ניגוד עניינים עם כל קשור לפרסום זה החומר.
תודות
המחברים מבקשים להודות למרכז למערכות רכב מתקדמות (CAVS) ולמחלקה להנדסה חקלאית וביולוגית באוניברסיטת מיסיסיפי סטייט על תמיכתם בעבודה זו. חומר זה מבוסס על עבודה הנתמכת על ידי פיקוד מחזור החיים של צבא ארה"ב TACOM תחת חוזה מס. W56HZV-08-C-0236, באמצעות חוזה משנה עם אוניברסיטת מיסיסיפי סטייט, ובוצע עבור תוכנית המחקר לאמינות ובטיחות מבוססת סימולציה (SimBRS). כמו כן, חומר זה מבוסס על עבודה הנתמכת על ידי המינהל הלאומי לביטחון גרעיני (משרד האנרגיה) תחת מספר פרס [DE-FC26-06NT42755]. לבסוף, המחברים רוצים להודות למר דיוויד אדמס, מר מייקל מקולום וגב' ארין קולבק על מאמציהם במחקר זה.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| התאמת צינור הברגה מנירוסטה 316 בלחץ גבוה, 1/2 זכר x 1/4 גודל צינור נקבה, תותב הפחתת משושה | McMaster-Carr | 2 | |
| Type 316 התאמת צנרת הברגה מנירוסטה, 3/4 זכר x 1/4 נקבה, תותב הפחתת משושה 150 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| שסתום כדור מסוג 316SS קל לתחזוקה, עם 316 קצוות נירוסטה, 1/2 אינץ' NPT נקבה | McMaster-Carr | 2 | |
| שסתום כדור מסוג 316SS קל לתחזוקה, עם 316 קצוות נירוסטה, 3/4 אינץ' NPT נקבה | McMaster-Carr | 2 | |
| שסתום בטיחות פופ נירוסטה קוד ASME, 1/4 זכר NPT, 300 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| התאמת צנרת מדויקת בלחץ קיצוני 316SS, גודל צינור 1/2 x 1/2, אורך 1-7/8 אינץ', פטמת | משושה McMaster-Carr | 8 | |
| סוג 316 התאמת צנרת הברגה מנירוסטה, 1/2 גודל צינור, טי, 150 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| מד בדיקה עם נרתיק בטיחות, מארז פוליאסטר, סטנדרטי, יבש, 600 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| מד דיגיטלי, מארז פלסטיק, חוגה בגודל 2-1/2 אינץ', חיבור 1/4 תחתון, 300 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| סוג 316 נירוסטה 37 מעלות התאמת צינור מתרחב, מתאם לצינור 1/4 אינץ' OD x 1/8 אינץ' צינור זכר | NPT McMaster-Carr | 12 | |
| 303 נירוסטה 37 מעלות JIC מסתובב הולם עבור 3/16 אינץ' ID | McMaster-Carr | 12 | |
| צינור כימי בלחץ גבוה, 3/16 אינץ' ID, 0.312 אינץ' OD, 3,000 psi | McMaster-Carr | 6 | |
| ווסת גז בעל טוהר גבוה חד-שלבי, חנקן, 0-125 psi, CGA #580 | McMaster-Carr | 2 | |
| צינור לאביזרי נקבה של גז חנקן, ארגון וחמצן, צינור PTFE, 3 'L, 1/4 אינץ' ID, 3,600 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| [header] | |||
| התאמת צינור הברגה בלחץ קיצוני 316 SS 1/4 x 1/4 גודל צינור, פטמת משושה | McMaster-Carr | 4 | |
| התאמת צינור הברגה בלחץ קיצוני 316 SS 3/4 x 3/4 גודל צינור, פטמת משושה | McMaster-Carr | 2 | |
| לחץ קיצוני 316 SS התאמת צינור הברגה 1/4 זכר x 1/8 גודל צינור נקבה, תותב משושה | McMaster-Carr | 2 | |
| מתאם התאמת צינור דחיסה פליז סטנדרטי עבור 1/4 "צינור OD x 1/4" NPTF צינור זכר | McMaster-Carr | ||
| 4 Kobalt 1/4 במיני ווסת עם מד | Lowes | 2 | |
| 1/4 אינץ' x 25 רגל צינורות פוליאתילן | Lowes | 2 | |
| 1-1/2 אינץ' קוטר פוליקרבונט (PC) מוט | מקמאסטר-קאר | 2 | |
| LTV-35 4 כיווני שסתום מיד נוזל דינמיקת | תנועה תעשיות | 2 | |
| פנאומטי פעולה כפולה מפעיל | Valtronic | 2 | |
| שסתום כדור נירוסטה 1/2 אינץ' | Valtronic | 2 | |
| כלי לחץ Buckeye | Buckeye | 2 | |
| SR-4 לשימוש כללי FAE-25-35SX מדי מתח | מיקרו-מדידה Vishay Precision Group | 2 | |
| M-M מגבר מיזוג אותות 2310A | מיקרו-מדידה Vishay Precision Group | 1 | |
| לייזר ROLS-W חיישן אופטי | Monarch Instruments | 1 |
מקורות
- Champion, H. R., Holcomb, J. B., Young, L. A. Injuries from explosions: physics, biophysics, pathology, and required research focus. J Trauma. 66 (5), 1468-1477 (2009).
- Aubry, M.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
