Name: A Element Modeling Metodologia Juntamente Experiment-finito para Avaliar alta Strain Rate Mechanical Response de Biomateriais macios (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-05-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 28 s
Description: Aprenda a metodologia acoplada de experimento e elementos finitos para avaliar a resposta mecânica de biomateriais macios em altas taxas de deformação usando simulação computacional.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Os autores gostariam de agradecer ao Centro de Sistemas Veiculares Avançados (CAVS) e ao Departamento de Engenharia Agrícola e Biológica da Universidade Estadual do Mississippi por apoiar este trabalho. Este material é baseado no trabalho apoiado pelo Comando do Ciclo de Vida TACOM do Exército dos EUA sob o Contrato No. W56HZV-08-C-0236, por meio de um subcontrato com a Mississippi State University, e foi realizado para o programa de pesquisa Simulation Based Reliability and Safety (SimBRS). Além disso, este material é baseado no trabalho apoiado pela Administração Nacional de Segurança Nuclear (Departamento de Energia) sob o número de concessão [DE-FC26-06NT42755]. Finalmente, os autores gostariam de agradecer ao Sr. David Adams, ao Sr. Michael McCollum e à Sra. Erin Colebeck por seu esforço nesta pesquisa.

Declaração de Ética: NOTA: O presente trabalho é exclusivo para a política de investigação da instituição, e segue estritamente a bio-segurança e do Office adequado da conformidade regulamentar (ORC) orientações. 1. Biomaterial Specimen Procurement <ol><li> Usar equipamento de protecção pessoal de acordo com os protocolos de biossegurança padrão de laboratório e / ou instituição. Usar sapatos fechados dedos, calças compridas, um jaleco, luvas cirúrgicas, uma máscara de protecção e óculos de segurança durante o manuseio de tecido porcino e testes. </li><li> Obter tecido porcino (cabeça, abdômen, ou perna) de suínos saudáveis ​​a partir de um matadouro local no prazo de 1-2 horas post mortem. </li><li> Armazenar tecido porcino em sacos de segurança de risco biológico e, em seguida, colocá-los em um recipiente gelado (~ 5,56-7,22 ° C). NOTA: Use um termômetro para verificar se a temperatura na amostra de suíno não cai abaixo de 7,22 ° C. </li><li> Transportar tecido porcino para o laboratório mais próximo(Na Faculdade de Medicina Veterinária da Universidade Estadual de Mississippi) para dissecção. </li><li> Sob a supervisão de um veterinário na Faculdade de Medicina Veterinária, extrair cirurgicamente órgão suíno (cérebro, fígado, músculo, tecido adiposo, ou tendão) e coloque-os em recipientes cheios com tampão fosfato salino (PBS) para armazenamento temporário (pH 7,4). </li><li> Armazenar os recipientes com PBS em um refrigerador gelado (~ 5,56-7,22 ° C) e imediatamente transportá-los para a instalação de ensaio para a preparação de amostras e testes SHPB. </li></ol> 2. Biomaterial Preparação de Amostras <ol><li> Remover o órgão suíno do recipiente PBS e coloque-o sobre uma superfície estéril. </li><li> NOTA: Identificar a orientação fibras primárias e localizações para cada amostra de teste. Use um cilíndrico morrer com um diâmetro interno de 30 mm e dissecar a amostra de teste a partir do órgão suíno. </li><li> Se a amostra de teste é entalado dentro da matriz cilíndrica, injectar PBS através da extremidade oposta da dissecçãoferramenta para permitir que a amostra de ensaio para deslizar para fora intacta. Colocar a amostra de teste extraído numa zona separada da superfície estéril. </li><li> Usar um bisturi para cortar a amostra com a relação de aspecto e espessura prescrita. NOTA: Para o teste de amostras SHPB suína, a espessura é de 10-15 mm, enquanto a relação de aspecto (relação espessura / diâmetro) é 0,33-0,50 (Figura 2). </li><li> Use pinças para medir a espessura eo diâmetro em três locais diferentes. </li><li> Armazenar todas as amostras de teste em PBS fresco até que o dispositivo SHPB está pronto para o teste. NOTA: Certifique-se de que as amostras são testadas dentro de 4 horas após o abate. </li><li> Descartar as amostras que não são cilíndricas devido à incisão erros ou variações na secção transversal. Coloque amostras descartados em sacos de segurança de risco biológico. Repita os passos de 2,2-2,6 para obter amostras de teste adicionais. </li></ol> 3. Split-Hopkinson Bar Testes de Pressão <ol><li> Coloque a barra de atacante, bar incidente, e bar transmitido no mfueiros Etal para testes SHPB. NOTA: Certifique-se de que as barras estão em movimento livre ao toque e que suas interfaces estão alinhados uns com os outros. Fornecer uma rolha de bar transmitida para a segurança. </li><li> Ligue os extensômetros aderiram ao incidente e transmitidos bares para o amplificador de sinal. Ligue os amplificadores de condicionamento de sinal e o computador módulo DAQ. </li><li> Inicializar o software de captura de dados de alta velocidade. </li><li> Verifique a captura ao vivo dos sinais para ver se eles estão dentro da faixa normal, e anular os sinais de ruído, clicando no ícone zero. </li><li> Entrada o nível de disparo ea taxa de dados (2 MHz). </li><li> Inicializar o software para gravar uma vez atingido o nível de disparo. </li><li> Coloque a barra avançado adjacente à câmara de pressão. Encher a câmara de pressão para uma pressão desejada. NOTA: A faixa de pressão típica é 5-25 psi. </li><li> Zero fora o medidor de velocidade a laser, premindo o botão de zero e configurá-lo para ler os ba atacantevelocidade r, definindo a faixa refletor na barra atacante por trás dos sensores laser. </li><li> Coloque a câmara de confinamento da amostra de tal modo que não impeça o movimento de incidente e reflectida bar. Coloque a barra incidente em contato com o bar transmitido. </li><li> Para fins de calibração, execute um teste (sem amostra) rodando em gatilho para a câmara de pressão na barra atacante. </li><li> Uma vez que os dados são adquiridos no computador, salvar e analisar os dados calibre SHPB tensão (que é discutido na próxima seção) para assegurar que o procedimento de teste está funcionando corretamente. </li><li> Colocar a amostra cilíndrica entre o incidente e transmitida bar e, em seguida, fechar a câmara de amostras confinamento. NOTA: Certifique-se de que nenhum pré-condicionamento é realizada na amostra. </li><li> Executar tarefas 3,4-3,7 com a amostra colocada entre o incidente e transmitida bar. NOTA: Verifique se a linha central da amostra é o mesmo que a linha central bar. Antes proceeding, verifique também se a amostra não é compactado, mas permanece na mesma geometria como extraída anteriormente. </li><li> Após a conclusão do teste, utilize sanitário descartável limpa para remover os resíduos de amostra a partir da barra incidente, bar transmitida, e câmara de confinamento amostra. Elimine todos os detritos e limpa em sacos de segurança de risco biológico. </li><li> Higienizar a bares e amostra confinamento câmara utilizando uma solução de limpeza 70% de etanol e toalhetes sanitários. </li></ol> 4. SHPB Dados pós-processamento <ol><li> Abra o &quot;MSU High Rate Software 19&quot; para a análise de ondas Hopkinson Bar. </li><li> Comece o software examinando a janela Configurações e escolher a opção &quot;Tensão / Compression&quot; na aba Modo de teste uniaxial. Além disso, selecione &quot;2 Gages&quot; na guia Medidores e clique em &quot;Continue&quot;. </li><li> Na janela principal, selecione o Open File 1 Tab, e navegue até a onda incidente de dados a partir do registro de strain gage na incident bar. Selecione a guia Arquivo Abrir 2 para importar o bar transmitida registro strain gage. </li><li> Selecione a guia Parâmetros na janela principal e inserir os parâmetros físicos da configuração do teste, incluindo: dimensões de barra, tensão de esticar fatores, posições strain gage e constantes dispersão viscoelástico. Clique em &quot;Continuar&quot;. </li><li> Em seguida, selecione a guia Dados Selecione na janela principal e use as barras de cursor para reduzir o conjunto de dados para apenas a quantidade de dados que contêm o incidente, refletida e transmitida ondas. Clique em &quot;Continuar&quot;. </li><li> Em seguida, selecione a guia Waves Selecione na janela principal e use as barras de cursor para limitar a onda incidente na Onda incidente Graph, a onda refletida na onda Graph refletida, ea onda transmitida na onda Graph Transmissíveis. Clique em &quot;Continuar&quot;. </li><li> Depois disso, selecione a guia correta na janela principal para permitir que o software para corrigir a dispersão viscoelástico 20-21. </li><li> Nãow selecionar o Deslocamento de separador na janela principal. No gráfico de onda, utilize o cursor para arrastar o incidente, refletida e transmitida ondas para a mesma posição inicial no tempo, selecionando cada um individualmente na onda Select Tab. Ver todas as ondas no gráfico de dados. Depois de concluído, clique em &quot;Continuar&quot;. </li><li> No arquivo de resultados, salvar a carga, deslocamento, posição e velocidade, perfis, clicando em &quot;Salvar como&quot;. </li><li> Use os métodos convencionais de Microsoft Excel (ou qualquer outro software de planilha eletrônica) para calcular verdadeiro estresse e deformação real usando as dimensões do espécime medido antes do ensaio Hopkinson Bar. </li></ol> Modelagem 5. SHPB Finite Element <ol><li> Usando o software comercial de elementos finitos (FE), criar um modelo FE da configuração SHPB. NOTA: Use as mesmas geometrias e propriedades do material. </li><li> Atribuir uma velocidade inicial para o modelo FE da barra atacante para inicializar a simulação FE. NOTA: A velocidadedo atacante bar deve corresponder ao que no experimento SHPB para uma taxa de estirpe particular 9. </li><li> Criar um modelo FE da configuração SHPB sem uma amostra colocada entre o incidente e bares transmissíveis. Executar a simulação FE. NOTA: A velocidade simulada bar atacante deve corresponder à velocidade bar atacante experimental sob a condição de &quot;não-amostra&quot;. Atribuir propriedades dos materiais indicados na Tabela 1 para as barras poliméricos. </li><li> Verifique se as medições strain gage (mancha em função do tempo) no experimento e simulação FE estão em bom acordo. </li><li> Incorporar a amostra biomaterial no modelo FE da configuração SHPB. Atribuir a implementação tridimensional (em formato de arquivo vumat 22) do material modelo ISV para a amostra de 11 biomaterial. </li><li> Realizar um estudo de malha refinamento usando três diferentes tamanhos de malha e, em seguida, analisar os resultados para determinar se as soluções convergem. NOTA: A malhatamanho corresponde ao número total de hexaedro e / ou elementos tetraédricos que compreendem o modelo de FEC. Selecione o modelo FE com o tamanho menor de malha que converge após novas simulações 9. </li><li> Conduzir a two-step FE calibração do modelo. No primeiro passo, carregar os dados experimentais para o unidimensional implementar do material modelo ISV. </li><li> Calibrar a curva de tensão-mancha verdadeira da experiência com a verdadeira curva tensão-deformação do modelo, ajustando os parâmetros do modelo material de ISV (ver Tabela 1). NOTA: Mais iterações são necessárias porque os dados SHPB experimental é tridimensional na natureza, enquanto o modelo de material é unidimensional. </li><li> Atribuir as constantes materiais ISV à amostra biomaterial no modelo FE da configuração SHPB. </li><li> Executar a simulação FE com a velocidade barra avançado e taxa de deformação da amostra correspondente a estirpe os testes SHPB na mesma taxa de deformação. </li><li> Compare as medições strain gage de experimento e simulação FE para boa concordância (tensão em função do tempo). NOTA: Se não houver concordância entre as simulações FE e valores calibre experimento tensão, prossiga para a segunda etapa do processo de calibração do modelo. Caso contrário, repita Tarefas 5,7-5,11. </li><li> Na segunda etapa da calibração do modelo FE, execute os dados strain gage simulação SHPB FE experimentar software de pós-processamento, software MSU High Rate 19-21. NOTA: Se a verdadeira resposta de tensão-deformação simulado compara à verdadeira resposta de tensão-deformação experimental, em seguida, a dois passos FE calibração do modelo foi concluída. Caso contrário, repita Tarefas 5,7-5,12. </li><li> Executar um volume médio da direção de carregamento (Σ 33) estresse ao longo dos elementos central da amostra modelo FE. NOTA: Se esse estresse está em bom acordo com a curva de tensão-deformação do unidimensional ISV resultado modelo material, então os resultados obtidos através de Tarefas 5.7-5,12 São totalmente calibrado. Caso contrário, repita Tarefas 5,7-5,13. A verdadeira resposta de tensão-deformação capturado através da implementação de uma dimensão do modelo de material ISV representa a verdadeira resposta de tensão-deformação uniaxial de um biomaterial que foi testado em uma configuração SHPB. </li></ol>

<ol><li>Champion, H. R., Holcomb, J. B., Young, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Injuries+from+explosions%3A+physics%2C+biophysics%2C+pathology%2C+and+required+research+focus%5BTitle%5D)+AND+%22J+Trauma%22%5BJournal%5D)">Injuries from explosions: physics, biophysics, pathology, and required research focus.</a> J Trauma. 66 (5), 1468-1477 (2009).</li>
<li>Aubry, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Summary+and+agreement+statement+of+the+First+International+Conference+on+Concussion+in+Sport%2C+Vienna+2001.+Recommendations+for+the+improvement+of+safety+and+health+of+athletes+who+may+suffer+concussive+injuries%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Summary and agreement statement of the First International Conference on Concussion in Sport, Vienna 2001. Recommendations for the improvement of safety and health of athletes who may suffer concussive injuries.</a> Br J Sports Med. 36 (1), 6-10 (2002).</li>
<li>Born, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blast+trauma%3A+the+fourth+weapon+of+mass+destruction%5BTitle%5D)+AND+%22Scand+J+Surg%22%5BJournal%5D)">Blast trauma: the fourth weapon of mass destruction.</a> Scand J Surg. 94 (4), 279-285 (2005).</li>
<li>Cullis, I. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blast+waves+and+how+they+interact+with+structures%5BTitle%5D)+AND+%22J+R+Army+Med+Corps%22%5BJournal%5D)">Blast waves and how they interact with structures.</a> J R Army Med Corps. 147, 16-26 (2001).</li>
<li>Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A., Ramsay, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blast+Loading+and+Blast+Effects+on+Structures%E2%80%93An+Overview%5BTitle%5D)+AND+%22Electronic+Journal+of+Structural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Blast Loading and Blast Effects on Structures–An Overview.</a> Electronic Journal of Structural Engineering. 7, 76-91 (2007).</li>
<li>Usmani, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intelligent+Agents+in+Extreme+Conditions+%E2%80%93+Modeling+and+Simulation+of+Suicide+Bombing+for+Risk+Assessment%5BTitle%5D)+AND+%22Web+Intelligence+and+Intelligent+Agents%22%5BJournal%5D)">Intelligent Agents in Extreme Conditions – Modeling and Simulation of Suicide Bombing for Risk Assessment.</a> Web Intelligence and Intelligent Agents. , (2010).</li>
<li>Guskiewicz, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cumulative+effects+associated+with+recurrent+concussion+in+collegiate+football+players+the+NCAA+Concussion+Study%5BTitle%5D)+AND+%22JAMA%22%5BJournal%5D)">Cumulative effects associated with recurrent concussion in collegiate football players the NCAA Concussion Study.</a> JAMA. 290 (19), 2549-2555 (2003).</li>
<li>Finkelstein, E., Corso, P., Miller, T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFinkelstein%2C+E+%22The+Incidence+and+Economic+Burden+of+Injuries+in+the+United+States%22">The Incidence and Economic Burden of Injuries in the United States</a>. , Oxford University Press. New York (NY). (2006).</li>
<li>Prabhu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coupled+experiment%2Ffinite+element+analysis+on+the+mechanical+response+of+porcine+brain+under+high+strain+rates%5BTitle%5D)+AND+%22JMech+Behav+Biomed+Mater%22%5BJournal%5D)">Coupled experiment/finite element analysis on the mechanical response of porcine brain under high strain rates.</a> JMech Behav Biomed Mater. 4 (7), 1067-1080 (2011).</li>
<li>Horstemeyer, M. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHorstemeyer%2C+MF+%22Integrated+Computational+Materials+Engineering+%28ICME%29%3A+Using+Multiscale+Modeling+to+Invigorate+Engineering+Design+with+Science%22">Integrated Computational Materials Engineering (ICME): Using Multiscale Modeling to Invigorate Engineering Design with Science</a>. , Wiley Press. (2012).</li>
<li>Bouvard, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+general+inelastic+internal+state+variable+model+for+amorphous+glassy+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mechanica%22%5BJournal%5D)">A general inelastic internal state variable model for amorphous glassy polymers.</a> Acta Mechanica. 213, 1-2 (2010).</li>
<li>Kenner, V. H., Goldsmith, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+on+a+simple+physical+model+of+the+head%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Impact on a simple physical model of the head.</a> J Biomech. 6 (1), 1-11 (1973).</li>
<li>Khalil, T. B., Viano, D. C., Smith, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+analysis+of+the+vibrational+characteristics+of+the+human+skull%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sound+Vib%22%5BJournal%5D)">Experimental analysis of the vibrational characteristics of the human skull.</a> J. Sound Vib. 63 (3), 351-376 (1979).</li>
<li>Pervin, F., Chen, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+mechanical+response+of+bovine+gray+matter+and+white+matter+brain+tissues+under+compression%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Dynamic mechanical response of bovine gray matter and white matter brain tissues under compression.</a> J Biomech. 42 (6), 731-735 (2009).</li>
<li>Prevost, T. P., Balakrishnan, A., Suresh, S., Socrate, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechnics+of+brain+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Biomechnics of brain tissue.</a> Acta Biomater. 7 (1), 83-95 (2011).</li>
<li>Saraf, H., Ramesh, K. T., Lennon, A. M., Merkle, A. C., Roberts, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+of+soft+human+tissues+under+dynamic+loading.J%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties of soft human tissues under dynamic loading.J.</a> J Biomech. 40 (9), 1960-1967 (2007).</li>
<li>Van Sligtenhorst, C., Cronin, D. S., Wayne Brodland, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+strain+rate+compressive+properties+of+bovine+muscle+tissue+determined+using+a+split+Hopkinson+bar+apparatus%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">High strain rate compressive properties of bovine muscle tissue determined using a split Hopkinson bar apparatus.</a> J Biomech. 39 (10), 1852-1858 (2006).</li>
<li>Song, B., Chen, W., Ge, Y., Weerasooriya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+and+quasi-static+compressive+response+of+porcine+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Dynamic and quasi-static compressive response of porcine muscle.</a> J Biomech. 40 (13), 2999-3005 (2007).</li>
<li>MSU JHBT Data Processing and MSU High Rate Software Manual. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_JHBT_Data_Processing_and_MSU_High_Rate_Software_Manual.zip">https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_JHBT_Data_Processing_and_MSU_High_Rate_Software_Manual.zip</a> (2014).</li>
<li>Zhao, H., Gary, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+use+of+SHPB+techniques+to+determine+the+dynamic+behavior+of+materials+in+the+range+of+small+strains%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Solids+Struct%22%5BJournal%5D)">On the use of SHPB techniques to determine the dynamic behavior of materials in the range of small strains.</a> Int J Solids Struct. 33 (23), 3363-3375 (1996).</li>
<li>Zhao, H., Gary, G., Klepaczko, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+use+of+a+viscoelastic+split+hopkinson+pressure+bar%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">On the use of a viscoelastic split hopkinson pressure bar.</a> Int J Impact Eng. 19 (4), 319-330 (1997).</li>
<li>MSU TP Ver 1.1.. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_TP_Ver_1.1.zip">https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_TP_Ver_1.1.zip</a> (2014).</li>
<li>Gray, G. T., Blumenthal, W. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGray%2C+GT+%22ASM+Handbook%2C+Mechanical+Testing+and+Evaluation%22">ASM Handbook, Mechanical Testing and Evaluation</a>. 8, ASM International. 488-496 (2000).</li>
<li>Dharan, C. K. H., Hauser, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+stress-strain+characteristics+at+very+high+strain+rates%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Mech%22%5BJournal%5D)">Determination of stress-strain characteristics at very high strain rates.</a> Exp. Mech. 10 (9), 370-376 (1970).</li>
<li>Chen, J., Priddy, L. B., Prabhu, R., Marin, E. B., Horstemeyer, M. F., Williams, L. N., Liao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Traumatic+Injury%3A+Mechanical+Response+of+Porcine+Liver+Tissue+under+High+Strain+Rate+Compression+Testing%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+ASME+2009+Summer+Bioengineering+Conference+%28SBC2009%29%22%5BJournal%5D)">Traumatic Injury: Mechanical Response of Porcine Liver Tissue under High Strain Rate Compression Testing.</a> Proceedings of the ASME 2009 Summer Bioengineering Conference (SBC2009). , Resort at Squaw Creek. Lake Tahoe, CA, USA. (2009).</li>
</ol>

Os autores declaram que não há conflito de interesses com todos os materiais relacionados a esta publicação.

A metodologia informou que casais do experimento SHPB e modelagem FE da SHPB oferece uma nova e única técnica para avaliar a verdadeira resposta de tensão-deformação uniaxial de um biomaterial em altas taxas de deformação. A fim de obter as propriedades mecânicas intrínsecas no tecido nativo, deve ser tomado cuidado para manter a amostra biomaterial entre 5,56-7,22 ° C antes do teste SHPB. Se a amostra for arrefecida abaixo de 5,56 ° C, a água presente no tecido começa a cristalizar-se em gelo e, subsequentemente, alter...

Motivação O objetivo fundamental da divisão acoplada - Hopkinson Bar Pressão (SHPB) experimento / modelagem de elemento finito de biomateriais macios (tais como cérebro, fígado, tendão, gordura, etc.) foi extrair seus comportamentos mecânicos uniaxiais para posterior aplicação no corpo humano FE simulações sob cargas mecânicas prejudiciais. A Finite Element modelo corpo humano (FE) é constituído por uma malha corpo humano detalhado e uma história modelo (ISV) de material variável dependente multiscale viscoelástico-viscoplástico Estado Interno para vários órgãos humanos. Este modelo corpo humano pode ser usado para um quadro para construir melhores normas para proteção de danos, para projetar equipamentos de proteção inovadora e permitir veicular projeto centric ocupante. Dois modos de lesão taxa alta têm sido amplamente observada em trauma humano: explosão explosivo e impacto brusco. Danos Blast from armamento explosivo é a principal fonte de traumatic lesão (TI) ea principal causa de morte no campo de batalha 1. Quando detonadas, esses explosivos formar uma onda de choque para fora propagação que produz acelerações e deformações grandes e abruptas. As cargas resultantes representam sérias ameaças para as pessoas expostas. Embora qualquer parte da anatomia podem ser feridos por ondas de choque, as áreas principais de preocupação são (1) a extremidade inferior devido à sua proximidade com o solo, e (2) a cabeça desde lesões podem inibir a função normal do cérebro e sobrevivência 2 , 3. Estas lesões podem ser classificadas como lesões primárias, secundárias, ou terciárias, dependendo do tipo de lesão sofrida. Uma vez que a força de um explosivo é caracterizada pelo seu tamanho ou peso, distância de afastamento, a duração de impulsos positiva, e meio através do qual se desloca, pode ser difícil para categorizar adequadamente estas lesões 3-6. Relatórios do Congresso indicam que os militares sofreram quase 179 mil lesões traumáticas devido ao explosivoarmamento e veículos falhas no Iraque e no Afeganistão de 2000 a março 2010 2. Devido à natureza e locais de combate moderno, lesões na cabeça são uma preocupação principal para ambos os militares e civis 3. Além de cenários de combate, TI tem uma variedade de causas, incluindo trauma automotiva; rodeio, motocicleta e acidentes domésticos; e lesões esportivas. Por exemplo, apesar das melhorias em equipamentos e protocolos de segurança, induzida mecanicamente traumatismo crânio-encefálico (TCE) continua a ser a principal fonte de mortalidade e morbidade ao longo da vida em os EUA O Centro de Controle e Prevenção de Doenças (CDC) informa que há aproximadamente 1,4 milhões de eventos de TBI cada ano, dos quais cerca de 50.000 são fatais. Futebol americano responde sozinho por mais de 300.000 TBIs a cada ano 7. Os sobreviventes de tais lesões estão em risco de complicações neurológicas de longo prazo relacionados com a sensação, cognição e comunicação. Neste momento, existem cerca de5,3 milhões de americanos que vivem com essas desvantagens crônicas e incapacidades. US custos médicos diretos e indiretos 2000-2010 totalizou 60.000 milhões dólares 8. No entanto, estes números não levam em conta os custos e perdas não-médicos, ou os custos suportados pelas famílias e amigos que apoiam vítimas de TCE. Além da análise econômica puramente, deficiência induzida pelo TCE cria uma redução significativa na qualidade de vida que pode se manifestar como um encargo significativo para as famílias ea sociedade. A necessidade de uma maior compreensão da formação, caracterização, e prevenção de TI é clara. Estudos biomecânicos dos mecanismos subjacentes que causam TI fornecer uma visão e oportunidade de reduzir a exposição ou melhorar características de segurança para aqueles com risco potencial de TI. Além disso, mais avanço da compreensão geral de formação de TI pode melhorar os métodos de diagnóstico e critérios, fornecendo aos profissionais médicos que tratam de TI com melhores meios de melhorar o resultados e salvar vidas. Um melhor conhecimento dos mecanismos de lesão e uma melhor compreensão da biomecânica do desenvolvimento lesão são necessários para desenvolver medidas de protecção eficazes para o corpo humano. Historicamente, as simulações que visam lesões prevendo foram dificultadas por restrições computacionais, bem como a fidelidade do anatômica e modelos de materiais empregados. Simulações de corpo inteiro têm incidido sobre as cargas gerais sobre cada parte do corpo, mas o local de estresse, tensão, e os danos em cada órgão, músculo, osso, etc, não foi observado. Por exemplo, modelos momento ombro usar as dimensões do braço, a carga, e o ângulo de pesquisa aplicado para valores tabulares que especificam se ou não uma situação particular é perigoso. Um cálculo de que a natureza é útil para as estimativas rápidas, mas não pode capturar o que está acontecendo no local da mão todo o caminho até o ombro, especialmente quando danos e lesões são intrinsecamente local. Em segundo lugar, FE ssimulacoes e têm sido utilizadas para capturar a resposta local. A limitação a estes esforços não foi em si FEA, mas os modelos de materiais que definem o comportamento de cada parte do corpo sob cargas de prejuízo explosão. Modelos de materiais anteriormente utilizados são adaptados a partir de materiais simples e não têm se esforçado para captar a miríade de comportamentos mecânicos complexos exibidas por tecidos biológicos. Portanto, de alta fidelidade modelos computacionais com modelos de materiais ISV para órgãos do corpo humano representam a forma mais realista de investigar a física e biomecânica de TIs, para projetar equipamentos de proteção inovadora, e de estabelecer melhores condições para métricas de prejuízo. Fundo em Split-Hopkinson Bar Pressão (SHPB) e variável de estado interno (ISV) Material Modelo Devido a questões éticas envolvidas com os ensaios in vivo de órgãos humanos e os problemas logísticos associados aos testes de cadáveres humanos em larga escala, o curresforço de investigação ent envolve experimentos mecânicos in vitro utilizando amostras preparadas a partir de órgãos extraídos de substitutos de origem animal (por exemplo, porco como um substituto mais frequentemente utilizado). SHPB polimérico tem sido o método preferido para ensaios in vitro biomateriais moles a elevadas taxas de deformação. Os comportamentos de deformação relevantes de testes SHPB e informações relacionadas danos do tecido correspondente dos aspectos microestruturais do tecido são incorporados em nossos modelos de materiais ISV para obter descrições de órgãos mecânicos 9-10. Estes modelos de material são então implementado no nosso modelo de corpo humano virtual para realizar FEA de várias lesões. Este processo permite-nos avançar para a meta de prever com precisão a física ea natureza de uma lesão para um determinado órgão sob diversas condições de carga mecânicos (induzida por explosão por exemplo, acidente de carro e impacto sem corte), sem a necessidade de uma maior experimentação física. A fim de descrever com precisão tele fenomenológico propriedades mecânicas, em especial a dependência da velocidade de carregamento de nível superior, dos biomateriais usados ​​nas simulações FE do corpo humano, SHPB experimentos foram realizados em biomateriais para obter respostas mecânicas dinâmicas em taxas de deformação pertencentes a ITs humano. Uma visão geral da configuração SHPB no Centro de Sistemas Avançados Veiculares (CAVS), Mississippi State University (MSU) é apresentado na Figura 1. Estudos anteriores demonstraram que o teste SHPB tem três grandes falhas associados 12-18. O primeiro e mais importante é o efeito de inércia de material, que se mostra na resposta mecânica de alta velocidade de deformação de um espécime de biomateriais como um pico inicial. De modo a ultrapassar este problema, os esforços de investigação anteriores sugeriram modificando a geometria do corpo de prova de forma cilíndrica ou cubóides de forma anular. Os comportamentos mecânicos resultantes de tais estudos eram diferentes from um do outro, porque a geometria da amostra afectada a propagação da onda, interacções de onda, e a resposta mecânica. Este tipo de modificação para a geometria da amostra conduziu a representações erradas do comportamento mecânico (estado de tensão multiaxial e não uniforme) do biomaterial. A segunda grande falha foi a incapacidade de manter o equilíbrio força dinâmica durante um teste. Os investigadores superou este problema, reduzindo a relação da espessura da amostra e o diâmetro e / ou congelação do tecido, antes do teste. Embora reduzindo a relação da espessura da amostra e o diâmetro abordaram a questão de equilíbrio força dinâmica, congelando o tecido ainda mais complicado o procedimento de teste, uma vez que as propriedades do material alterado devido à cristalização de água presente no tecido. Um número de estudos completamente abandonado o SHPB para evitar falhas acima mencionadas e usados ​​tubos de choque para obter a resposta de tempo de pressão em vários modelos animais (ratos, porcos, etc.). No entanto, estes ummodelos IMAL não dão unidimensionais comportamentos tensão-deformação uniaxiais necessárias para modelos de materiais utilizados em simulações FE. A terceira falha foi o fracasso da SHPB para dar uma dimensionais resultados de tensão-deformação, porque a amostra de tubulares devido à suavidade de material e a quantidade de teor de água presente na amostra. Assim, o SHPB apresenta um aparelho de teste viável para angariar dados de taxa de alta exigência. Para materiais macios, no entanto, induz a SHPB abaulamento que produz um estado de tensão tridimensional principalmente da pressão hidrostática, mas os dados de uma dimensão de tensão-deformação se desejado. Mostramos aqui como ainda se pode usar o SHPB para angariar a curva verdadeira tensão-deformação uniaxial unidimensional para calibração do modelo de material; Contudo, o processo envolvido na obtenção do verdadeiro curva de tensão-deformação uniaxial é complicada. Este processo inclui os dados experimentais multi-axiais e os resultados da simulação FE, e requer iterativo de recalibraçãoas constantes de material modelo. A implementação de um modelo tridimensional do material de ISV em MATLAB, também conhecido como simulador ponto material, requer dados experimentais unidimensionais para a calibração. Assim, o modelo de material ISV foi otimizada utilizando um processo de calibração sistemática. Aqui, os dados experimentais de ensaios SHPB foi considerada no contexto da formulação teoria ondulatória e equilíbrio força dinâmica (MSU High Rate Software). A fim de ter em conta a dispersão viscoelástico do SHPB polimérico, equações de dispersão viscoelástico, como relatado por Zhao et al. (2007), foram implementados em MSU Software High Rate. As equações de dispersão viscoelásticas ajudou a garantir uma força de equilíbrio dinâmico durante o teste. O simulador ponto material unidimensional foi então ajustado no contexto de um par experimento-FE metodologia de modelação até que os dois processos foram considerados suficientemente compatíveis, isto é, os dados de ambos estavam em boa concordância. Estes dados eramusado para ajustar as constantes materiais modelo ISV comparando (unidimensional) resposta mecânica do simulador resposta a materiais MATLAB e (unidimensional) espécime estresse central do modelo SHPB FE. Aqui componente de tensão exemplar do modelo FE foi ao longo da direção de carregamento de onda. Em seguida, o comportamento tridimensional do modelo exemplar FE foi calibrado de forma iterativa realizando simulações FE e ajuste constantes ISV para que média em volume direção de carregamento de estresse correlacionado bem com a verdadeira resposta de tensão-deformação experimental. Assim, um processo de optimização iterativa entre os dados experimentais, os resultados FE, e unidimensional material modelo ISV foi conduzido. A Tabela 1 apresenta um resumo das variáveis ​​de material modelo ISV (MSU TP Ver. 1.1) 11. O elemento mais importante dessa metodologia é a obtenção da resposta mecânica unidimensional do biomaterial e os seus parâmetros de materiaispara o modelo de material ISV, que contorna os problemas de testes SHPB do estresse-estado não-uniformidade. É também separa a resposta não linear inicial do biomaterial resultantes de efeitos de inércia e processa uma resposta mecânica que é intrínseca ao material. A metodologia acoplado também mostraram que uma alteração na geometria da amostra muda completamente o problema de fronteira Valor (BVP) e a direcção de carregamento verdadeira tensão-deformação da amostra. Como tal, o método acima mencionado pode ser usado com qualquer material modelo (fenomenológico microestrutural ou à base) para a calibração e, em seguida, simular comportamentos alta taxa de deformação de órgãos humanos sob cargas mecânicas prejudiciais.

<table><tbody><tr><td>Conexão de tubulação rosqueada de aço inoxidável 316 de alta pressão, tamanho de tubulação 1/2 macho x 1/4 fêmea, bucha redutora hexagonal</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Tipo 316 conexão de tubulação rosqueada, 3/4 macho x 1/4 fêmea, bucha redutora hexagonal 150&nbsp; psi</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Válvula de esfera de fácil manutenção tipo 316SS, com extremidades de aço inoxidável 316, 1/2" NPT fêmea</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Válvula de esfera de fácil manutenção tipo 316SS, com extremidades de aço inoxidável 316, 3/4" NPT fêmea</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Válvula de segurança pop de aço inoxidável com código ASME, 1/4 NPT macho, 300&nbsp; psi</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Conexão de tubo de pressão extrema de precisão 316SS, tamanho do tubo 1/2 x 1/2, comprimento de 1-7/8", bico hexagonal</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>8</td></tr><tr><td>tipo 316 conexão de tubo rosqueado de aço inoxidável, tamanho de tubo 1/2, tee, 150&nbsp; psi</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Medidor de teste com estojo de segurança, estojo de poliéster, padrão, seco, 600&nbsp; medidor digital psi</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>, caixa de plástico, mostrador de 2-1/2", conexão inferior de 1/4, 300&nbsp; psi</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Tipo 316 aço inoxidável 37 graus alargado encaixe de tubo, adaptador para tubo de 1/4" OD x 1/8" NPT tubo macho</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>12</td></tr><tr><td>303 aço inoxidável 37 graus JIC encaixe giratório para 3/16" ID</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>12</td></tr><tr><td>Mangueira química de alta pressão, 3/16" ID, 0,312" OD, 3.000 psi</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>6</td></tr><tr><td>Regulador de Gás de Alta Pureza de Estágio Único, Nitrogênio, 0-125 psi, CGA #580</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Mangueira para Gás Nitrogênio, Argônio e Oxigênio Conexões de Latão Fem, Mangueira de PTFE, 3' L, 1/4" ID, 3,600 psi</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>Conexão de Tubo Roscada 316 SS de Extrema Pressão 1/4 x 1/4 Tamanho do Tubo, Bico Hexagonal</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>4</td></tr><tr><td>Conexão de Tubo Roscada 316 SS de Extrema Pressão 3/4 x 3/4 Tamanho do Tubo, Bico Hexagonal</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Conexão de Tubo Roscado 316 SS de Extrema Pressão 1/4 Macho x 1/8 Tamanho do Tubo Fêmea, Bucha Hexagonal</td> Adaptador de Conexão de <td></td>Tubo de Compressão de Latão Padrão <td>McMaster-Carr</td><td></td> 2</tr><tr><td>para Tubo de 1/4" OD x 1/4" NPTF Tubo Macho</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>4</td></tr><tr><td>Kobalt 1/4 in Mini Regulador com</td><td>Medidor Lowes</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tubo de polietileno de 2 1/4" x 25 pés</td><td>Lowes</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>1-1/2" Diâmetro Policarbonato (PC) Haste</td><td>McMaster-Carr</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>LTV-35 Válvula de 4 vias Mead Fluid Dynamics</td><td>Motion Industries</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Atuador pneumático de ação dupla</td><td>Valtronic</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Válvula de esfera de aço inoxidável 1/2"</td><td>Valtronic</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Vaso de pressão Buckeye</td><td>Buckeye</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>SR-4 Strain Gages de uso geral FAE-25-35SX</td><td>Micro-Medição Vishay Precision Group</td><td></td><td>2</td></tr><tr><td>Amplificador de condicionamento de sinal MM, 2310A</td><td>Micro-Measurement Vishay Precision Group</td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>Laser ROLS-W sensor óptico Monarch</td><td>Instruments</td><td></td><td>1</td></tr></tbody></table>

a element modeling metodologia juntamente experiment-finito para avaliar alta strain rate mechanical response de biomateriais macios

A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials

Este estudo oferece uma abordagem de simulação de elemento finito e experimental combinado (FE) para analisar o comportamento mecânico de biomateriais macios (por exemplo, cérebro, fígado, tendão, gordura, etc.) quando expostos a altas taxas de deformação. Este estudo utilizou um Split-Hopkinson Bar Pressão (SHPB) para gerar taxas de deformação de 100-1,500 sec -1. O SHPB empregue uma barra avançado que consiste de um material viscoelástico (policarbonato). Uma amostra do biomaterial foi obtida logo post-mortem e preparados para o ensaio SHPB. O espécime foi interposto entre o incidente e barras transmitidos, e os componentes pneumáticos do SHPB foram activadas para dirigir a barra avançado para a barra incidente. O impacto resultante gerou uma onda de tensão de compressão (ou seja onda incidente) que viajou através da barra de incidente. Quando a onda de tensão de compressão atingido o fim da barra incidente, uma porção continua para a frente através da amostra e transmitido barra (i.e. onda transmitida) enquanto outra parcela revertida através da barra incidente como uma onda de tração (isto é refletido onda). Estas ondas foram medidos utilizando extensômetros montados sobre o incidente e bares transmissíveis. O comportamento tensão-deformação verdadeira da amostra foi determinada a partir de equações com base na propagação de ondas e equilíbrio força dinâmica. A resposta de tensão-deformação experimental era tridimensional na natureza porque o espécime incharam. Como tal, a tensão hidrostática (primeiro invariante) foi utilizado para gerar a resposta de tensão-deformação. A fim de extrair o uniaxial (unidimensional) resposta mecânica do tecido, uma optimização iterativa acoplado foi realizada utilizando os resultados experimentais e análise de elementos finitos (FEA), que continha um modelo (ISV) Material de variável de estado interno usado para o tecido. O modelo de material ISV utilizado nas simulações FE da montagem experimental foi calibrado de forma iterativa (ou seja otimizado) aos dados experimentais, tais that do experimento e FEA valores strain gage e primeiro invariante de tensões estavam de acordo.

<html> A eficácia da metodologia acoplado é exemplificado na Figura 3. Aqui, a resposta experimental de tensão-deformação SHPB para o cérebro está num estado de tensão mais baixa (com uma tensão de pico de 0,32 MPa) em comparação com o estado de tensão do material unidimensional ponto simulador (com um valor de pico de 0,74 MPa), o que é semelhante à linha de centro da amostra FE média (elemento). Isto é devido à natureza de deformação que os biomateriais moles exposição. Porque as taxas de deformação sã...

O estudo atual prescreve uma metodologia de simulação elemento finito-experimento juntamente para se obter a resposta mecânica dinâmica uniaxial de biomateriais moles (cérebro, fígado, tendão, gordura, etc.). Os resultados experimentais multiaxiais que surgiram por causa de abaulamento amostra obtida a partir de Split-Hopkinson Bar testes de pressão foram prestados a um comportamento uniaxial stress-strain verdadeiro quando simulado através da optimização iterativa da análise de elementos finitos do biomaterial.

A Element Modeling Metodologia Juntamente Experiment-finito para Avaliar alta Strain Rate Mechanical Response de Biomateriais macios

This study offers a combined experimental and finite element (FE) simulation approach for examining the mechanical behavior of soft biomaterials (e.g. ...

O objetivo geral deste procedimento é obter a resposta de tensão-deformação verdadeira em alta taxa de deformação uniaxial dos biomateriais moles em teste. Isso é realizado primeiramente testando uma amostra de cérebro em um dispositivo de barra de pressão split Hopkinson ou aparelho SHPB, e em seguida calibrando a versão unidimensional do modelo de material com a resposta experimental de tensão-deformação verdadeira. A simulação por elementos finitos ou simulação EF da configuração SHPB é então realizada para avaliar a direção média de carregamento da amostra, tensão e tensão na linha central.O passo final consiste em comparar iterativamente o ajuste do modelo de material unidimensional e a tensão na linha central da simulação por elementos finitos, bem como a direção do carregamento em três dimensões, a tensão e a resposta experimental de tensão-deformação verdadeira, até que seja obtido um bom acordo entre os resultados mencionados. Em última análise, a metodologia acoplada experimental e de elementos finitos é utilizada para demonstrar que a resposta de tensão-deformação verdadeira uniaxial para biomateriais moles pode ser obtida usando um SHPB. A principal vantagem dessa técni

a-coupled-experiment-finite-element-modeling-methodology-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

Teste de microtração ambientalmente controlado mecanicamente adaptativas nanocompósitos poliméricos para<em&gt; Ex vivo</em&gt; Caracterização

Durante o pouso, parte inferior do corpo ossos grandes cargas mecânicas de experiência e são deformados. É essencial para medir a deformação do osso para melhor compreender os mecanismos de lesões por esforço ósseo associados a impactos. Uma nova abordagem de integração de modelagem osteomuscular assunto específico e análise de elementos finitos é usada para medir a tensão da tíbia durante os movimentos dinâmicos.

Assunto específico modelo músculo-esquelético para estudar a estirpe de osso durante o movimento dinâmico

Aqui nós apresentamos um protocolo para desenvolver uma máquina de carregamento uniaxial puro. Aspectos de concepção crítica são empregados para garantir resultados de testes precisos e reprodutíveis.

Aplicação de aspectos do Design no desenvolvimento de máquina de carregamento Uniaxial

Aqui apresentamos uma metodologia para a caracterização dinâmica de tração espécimes em taxas de tensão intermediária usando um referencial de carga servo-hidráulicos de alta velocidade. Procedimentos para Extensômetro instrumentação e análise, bem como para medições de tensão de correlação de imagem digital em espécimes, também são definidos.

Cepa intermediária taxa Material caracterização com correlação de imagem Digital

Há necessidade de determinar quais lesões ateroscleróticas progredirão na vasculatura coronária para orientar a intervenção antes do infarto do miocárdio ocorrer. Este artigo descreve a modelagem biomecânica das artérias a partir da Tomografia de Coerência Óptica usando técnicas de interação fluido-estrutura em um solucionador de elementos finitos comerciais para ajudar a prever essa progressão.

Análise de interação biomecânica de fluido-estrutura biomecânica baseada em coerência óptica da progressão da aterosclerose coronária

O protocolo apresenta um fluxo de trabalho completo para experimentos de nanoindentação de materiais moles, incluindo hidrogéis e células. Primeiro, as etapas experimentais para adquirir dados de espectroscopia de força são detalhadas; em seguida, a análise de tais dados é detalhada através de um software Python de código aberto recém-desenvolvido, que é gratuito para download no GitHub.

Fluxo de trabalho experimental e de análise de dados para nanoindentação de matéria mole

Este trabalho apresenta um experimento de simulação virtual tridimensional para deformação e falha de materiais que fornece processos experimentais visualizados. Através de um conjunto de experimentos, os usuários podem se familiarizar com o equipamento e aprender as operações em um ambiente de aprendizagem imersivo e interativo.

Um Experimento Virtual de Simulação de Mecânica: Deformação e Falha de Material Baseado em Microscopia Eletrônica de Varredura

Este protocolo descreve o estudo do desempenho de compressão quase-estática de tubos corrugados cônicos usando simulações de elementos finitos. A influência do gradiente de espessura no desempenho da compressão foi investigada. Os resultados mostram que o design adequado do gradiente de espessura pode alterar o modo de deformação e melhorar significativamente o desempenho de absorção de energia dos tubos.

Modelagem de elementos finitos para a simulação da compressão quase-estática de tubos cônicos corrugados

As imagens de ultrassom intravascular in vivo mostram o movimento transversal coronário correspondente a diferentes condições de carga de pressão. Com base em um modelo de elementos finitos, um esquema iterativo foi empregado para determinar as propriedades mecânicas específicas do paciente das artérias coronárias in vivo, combinando o movimento coronário do modelo computacional e das imagens médicas.

Abordagem de modelagem de elementos finitos baseada em imagem de ultrassom intravascular para quantificar propriedades mecânicas in vivo da artéria coronária humana 

Neste protocolo, demonstramos a fabricação de uma matriz microactuator de posts verticalmente deslocadas em que a tecnologia é baseada, e como essa tecnologia base pode ser modificado para conduzir alto rendimento de cultura de células mecanicamente dinâmica em ambos cultura bidimensional e tridimensional paradigmas.

Plataformas microfabricated para cultura de células mecanicamente dinâmico

Aprenda a metodologia acoplada de experimento e elementos finitos para avaliar a resposta mecânica de biomateriais macios em altas taxas de deformação usando simulação computacional.

A Element Modeling Metodologia Juntamente Experiment-finito para Avaliar alta Strain Rate Mechanical Response de Biomateriais macios (Vídeo) | JoVE Journal

A Element Modeling Metodologia Juntamente Experiment-finito para Avaliar alta Strain Rate Mechanical Response de Biomateriais macios

Explorar mais vídeos