L'attuale studio prevede una metodologia di simulazione agli elementi finiti esperimento accoppiato per ottenere la monoassiale risposta meccanica dinamica di biomateriali molli (cervello, fegato, tendine, grassi, ecc.) I risultati sperimentali multiassiali sorti a causa del campione sporgenti ottenuti da Split-Hopkinson test di pressione Bar sono stati resi ad un monoassiale vero comportamento sforzo-deformazione quando simulato attraverso l'ottimizzazione iterativa delle analisi agli elementi finiti del biomateriale.
È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Articolo metodologico
A Accoppiato Experiment-finite Element Modeling metodologia per la valutazione alta Strain Rate risposta meccanica di soft Biomateriali
In questo articolo
Sommario
Abstract
Questo studio offre un elemento sperimentale e finiti combinato (FE) approccio di simulazione per l'esame del comportamento meccanico dei biomateriali molli (ad esempio, il cervello, il fegato, tendine, grassi, ecc) in presenza di alti tassi di deformazione. Questo studio ha utilizzato un Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) per generare velocità di deformazione di 100-1,500 sec -1. Il SHPB impiegato un bar attaccante costituito da un materiale viscoelastico (policarbonato). Un campione del biomateriale è stato ottenuto in breve post-mortem e preparato per la prova SHPB. Il campione è stato interposto tra l'incidente e bar trasmessi, e componenti pneumatici della SHPB sono stati attivati per guidare la barra attaccante verso il bar incidente. Il conseguente impatto generato un'ondata tensione di compressione (es onda incidente) che ha viaggiato attraverso la barra incidente. Quando l'onda sollecitazione di compressione ha raggiunto la fine della barra incidente, una porzione continuato in avanti attraverso il campione e trasmessa bar (i.e. onda trasmessa) mentre un'altra parte ha invertito attraverso il bar incidente come un'onda di trazione (cioè riflessa a microonde). Queste onde sono stati misurati utilizzando estensimetri montati sul incidente e bar trasmessi. Il vero comportamento sforzo-deformazione del campione è stata determinata dalle equazioni basate sulla propagazione delle onde ed equilibrio forza dinamica. Il sperimentale risposta sforzo-deformazione era tridimensionale in natura perché il campione si gonfiò. Come tale, la sollecitazione idrostatica (prima invariante) è stato utilizzato per generare la risposta allo stress-strain. Per estrarre l'monoassiale (unidimensionale) risposta meccanica del tessuto, una ottimizzazione iterativa accoppiato è stato eseguito utilizzando i risultati sperimentali e analisi degli elementi finiti (FEA), che conteneva un modello variabile (DIV) materiale stato interno utilizzato per il tessuto. Il modello di materiale ISV utilizzato nelle simulazioni FE del setup sperimentale è stato calibrato iterativamente (cioè ottimizzata) ai dati sperimentali, that l'esperimento e FEA valori estensimetri e prima invariante delle tensioni erano in buon accordo.
Introduzione
Motivazione
L'obiettivo cardinale della Spalato accoppiato - Hopkinson Pressure Bar (SHPB) esperimento / modellazione agli elementi finiti di biomateriali molli (come il cervello, il fegato, tendine, grasso, ecc) è stato di estrarre i loro comportamenti meccanici monoassiali per l'ulteriore attuazione nel corpo umano FE simulazioni in carichi meccanici dannosi. Il corpo umano Elementi Finiti (FE) il modello è costituito da una maglia corpo umano dettagliato e un dipendente viscoelastica-viscoplastico Stato interno Modello di variabile (ISV) materiale multiscala storia di vari organi umani. Questo modello corpo um....
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Protocollo
NOTA: Etica Dichiarazione: Il lavoro in corso è unico per la politica di ricerca dell'istituzione, e segue rigorosamente l'appropriato biosicurezza e l'Ufficio della conformità normativa (ORC) le linee guida.
Appalti 1. Biomaterial campioni
- Indossare dispositivi di protezione individuale in accordo con i protocolli standard di biosicurezza di laboratorio e / o istituzione. Indossare scarpe chiuse a punta, pantaloni lunghi, un camice da laboratorio, guanti chirurgici, una maschera protettiva e occhiali di sicurezza durante la manipolazione del tessuto suino e test.
- Ottenere tessuto suino (testa, addome, o z....
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Risultati
L'efficacia della metodologia accoppiato è esemplificato in figura 3. Qui la SHPB sperimentale risposta allo stress-strain per il cervello è in uno stato di stress inferiore (con un carico di picco di 0,32 MPa) rispetto allo stato di sollecitazione del materiale unidimensionale simulatore punto (con un valore di picco di 0,74 MPa), che è simile alla linea centrale del campione FE (elemento) media. Ciò è dovuto alla natura della deformazione che biomateriali morbidi mostre. Poiché le velocità d.......
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Discussione
La metodologia ha riferito che le coppie dell'esperimento SHPB e FE modellizzazione del SHPB offre una nuova e unica tecnica per valutare la monoassiale vera risposta sforzo-deformazione di un biomateriale ad alte velocità di deformazione. Al fine di ottenere le proprietà meccaniche intrinseche al tessuto nativo, la cura deve essere presa per mantenere il campione biomateriale tra 5,56-7,22 ° C prima del test SHPB. Se il campione viene raffreddato al di sotto 5,56 ° C, l'acqua presente nel tessuto inizia a crist.......
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Dichiarazioni
Gli autori dichiarano che non ci sono conflitti di interessi con tutto il materiale relativo a questa pubblicazione.
Ringraziamenti
Gli autori desiderano ringraziare il Center for Advanced Vehicular Systems (CAVS) e il Dipartimento di Ingegneria Agraria e Biologica della Mississippi State University per aver sostenuto questo lavoro. Questo materiale si basa sul lavoro supportato dal Comando del ciclo di vita TACOM dell'esercito degli Stati Uniti nell'ambito del contratto n. W56HZV-08-C-0236, attraverso un subappalto con la Mississippi State University, ed è stato eseguito per il programma di ricerca Simulation Based Reliability and Safety (SimBRS). Inoltre, questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dalla National Nuclear Security Administration, (Dipartimento dell'Energia) con il numero di pre....
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Raccordo per tubi filettato in acciaio inox 316 ad alta pressione, tubo 1/2 maschio x 1/4 femmina, boccola di riduzione esagonale | Raccordo | ||
| acciaio inox 316 tipo 316, 3/4 maschio x 1/4 femmina, boccola di riduzione esagonale 150 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| Valvola a sfera tipo 316SS di facile manutenzione, con estremità in acciaio inox 316, 1/2" NPT femmina | McMaster-Carr | 2 | |
| Valvola a sfera tipo 316SS di facile manutenzione, con estremità in acciaio inox 316, 3/4" NPT femmina | McMaster-Carr | 2 | |
| ASME-code valvola di sicurezza a scoppio in acciaio inox, 1/4 NPT maschio, 300 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| Raccordo per tubi 316SS per pressioni estreme di precisione, 1/2 x 1/2 dimensione del tubo, lunghezza 1-7/8", nipplo esagonale | in acciaio inossidabile 316 tipo McMaster-Carr | ||
| , 1/2 dimensione del tubo, tee, 150 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| Calibro di prova con custodia di sicurezza, custodia in poliestere, standard, asciutto, 600 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| Manometro digitale, custodia in plastica, quadrante 2-1/2", attacco inferiore 1/4, 300 raccordo | McMaster-Carr | ||
| tipo 316, adattatore per tubo da 1/4" OD x 1/8" NPT maschio | Raccordo | 12 | |
| 303 per tubo chimico ad alta pressione da 3/16" ID | McMaster-Carr | 12 | |
| 3/16" ID, 0,312" OD, 3.000 psi | McMaster-Carr | 6 | |
| Regolatore di gas ad alta purezza monostadio, azoto, 0-125 psi, tubo flessibile CGA #580 | McMaster-Carr | 2 | |
| per raccordi fem in ottone per azoto gassoso, argon e ossigeno, tubo flessibile in PTFE, 3' L, 1/4" ID, 3.600 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| [header] | |||
| Raccordo per tubo filettato 316 SS a pressione estrema 1/4 x 1/4 Dimensioni tubo, nipplo esagonale | McMaster-Carr | 4 | |
| Raccordo per tubo filettato 316 SS per pressioni estreme Dimensioni tubo 3/4 x 3/4, nipplo esagonale | McMaster-Carr | 2 | |
| Raccordo per tubi filettati 316 SS per pressioni estreme Dimensioni tubo 1/4 maschio x 1/8 femmina, boccola esagonale | McMaster-Carr | 2 | |
| Adattatore per tubo di compressione in ottone standard per tubo da 1/4" OD x 1/4" NPTF Tubo maschio | McMaster-Carr | 4 | |
| Kobalt 1/4 in Mini regolatore con manometro | Lowes | 2 | |
| 1/4" x 25 piedi tubo in polietilene | Lowes | 2 | |
| 1-1/2" di diametro in policarbonato (PC) Asta | McMaster-Carr | 2 | |
| LTV-35 Valvola a 4 vie Mead Fluid Dynamics | Motion Industries | 2 | |
| Attuatore pneumatico a doppia azione | Valtronic | 2 | |
| Valvola a sfera in acciaio inossidabile 1/2" | Valtronic | 2 | |
| Recipiente a pressione Buckeye | Buckeye | 2 | |
| SR-4 Estensimetri FAE-25-35SX per uso generico | Micro-misura Vishay Precision Group | 2 | |
| M-M Amplificatore di condizionamento del segnale 2310A | Micro-misura Vishay Precision Group | 1 | |
| Sensore ottico laser ROLS-W | Monarch Instruments | 1 |
Riferimenti
- 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.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Ristampe e permessi
