Summary
De huidige studie schrijft een gekoppelde experiment-eindige elementen simulatie methodologie om de uniaxiale dynamische mechanische respons van zacht biomaterialen (hersenen, lever, pezen, vet, enz.) Te verkrijgen. De multiaxiale experimentele resultaten die ontstond als gevolg van specimen uitpuilende verkregen uit Split-Hopkinson Pressure Bar testen werden verleend aan een eenassige echte spanning-rek gedrag wanneer gesimuleerd door middel van iteratieve optimalisatie van de eindige elementen analyse van het biomateriaal.
Abstract
Deze studie heeft een gecombineerde experimentele en eindige elementen (FE) simulatiebenadering onderzoek van de mechanische eigenschappen van zachte biomaterialen (bijv hersenen, lever, pezen, vet, enz.) Bij blootstelling aan hoge reksnelheden. Deze studie gebruik gemaakt van een Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) naar stam tarieven van 100-1,500 sec genereren -1. De SHPB gebruik van een spits bar bestaat uit een visco-elastisch materiaal (polycarbonaat). Een monster van het biomateriaal werd kort postmortem verkregen en voorbereid SHPB testen. Het monster werd geplaatst tussen het incident en overgebracht bars, en de pneumatische componenten van de SHPB werden geactiveerd om de spits bar in de richting van het incident bar rijden. De gevolgen hiervan genereerde een drukspanning wave (dwz incident wave), die reisde door het incident bar. Wanneer de drukspanning golf aan het einde van het incident bar, een gedeelte voortgaande door het monster en verzonden bar (i.e. doorgegeven wave), terwijl een ander deel teruggedraaid door het incident bar als een treksterkte wave (dwz gereflecteerde golf). Deze golven werden gemeten met behulp van rekstrookjes gemonteerd op het incident en overgedragen bars. De ware spanning-rek gedrag van het monster werd bepaald uit vergelijkingen gebaseerd op golfvoortplanting en dynamisch krachtenevenwicht. De experimentele spanning-rek reactie was driedimensionaal in de natuur, omdat het monster puilden. Als zodanig is de hydrostatische spanning (eerste invariant) gebruikt om de spanning-rek respons te genereren. Om de uniaxiale (eendimensionale) mechanische reactie van het weefsel te extraheren, werd een iteratieve optimalisatie gekoppeld uitgevoerd middels experimentele resultaten en Finite Element Analysis (FEA), die een variabele (ISV) materiaal Inwendige staat model voor het weefsel bevatte. Het ISV materiaal model dat in de FE simulaties van de experimentele opstelling werd iteratief gekalibreerd (bijvoorbeeld geoptimaliseerd) de beproevingsgegevens dergelijke that het experiment en FEA stam gage waarden en de eerste invariant van spanningen waren in goede overeenstemming.
Introduction
Motivatie
De kardinaal doel van de gekoppelde Split - Hopkinson Pressure Bar (SHPB) experiment / eindige elementen modellering van zachte biomaterialen (zoals de hersenen, lever, pezen, vet, enz.) Was om hun eenassige mechanische gedrag voor de verdere uitvoering in het menselijk lichaam FE extraheren simulaties onder schadelijk mechanische belastingen. Het menselijk lichaam Eindige Elementen (FE) model bestaat uit een gedetailleerde menselijk lichaam mesh en een geschiedenis afhankelijke meerschalige viscoelastische-taai-elastisch interne toestandsvariabele (ISV) materiaal model voor diverse menselijke organen. Dit menselijk lichaam model kan gebruikt worden voor een kader te bouwen betere normen voor de bescherming van de schade, om innovatieve beschermende kleding te ontwerpen en om de inzittenden van voertuigen centric ontwerp mogelijk te maken.
Twee manieren van hoog tarief verwondingen zijn op grote schaal waargenomen in menselijke trauma: explosieve blast en stomp impact. Blast schade als gevolg van explosieve wapens is de primaire bron van traumatic letsel (TI) en de belangrijkste doodsoorzaak op het slagveld 1. Wanneer ontploft, deze explosieven vormen een uiterlijke propageren schokgolf die grote en abrupte versnellingen en vervormingen produceert. De resulterende belastingen vormen een ernstige bedreiging voor de blootgestelde personen. Hoewel een deel van de anatomie kan worden verwond door schokgolven, de belangrijkste punten van zorg zijn (1) de onderste extremiteit vanwege de nabijheid van de grond, en (2) het hoofd, omdat verwondingen kan de normale werking van de hersenen en overleving 2 remmen , 3. Deze letsels kunnen worden gecategoriseerd als primaire, secundaire of tertiaire verwondingen afhankelijk van het type letsel. Omdat de sterkte van een explosief wordt gekenmerkt door zijn gewicht of omvang, afstandsmeting, positieve pulsduur en medium waardoor het zich verplaatst, kan het moeilijk zijn om deze blessures 06/03 adequaat categoriseren. Congres rapporten geven aan dat militair personeel bijna 179.000 traumatische letsels als gevolg van explosieve hebben geledenwapens en voertuigen crashes in Irak en Afghanistan van 2000 tot maart 2010 2. Vanwege de aard en de locaties van Modern Combat, hoofdletsel zijn een belangrijke zorg voor zowel de militairen en burgers 3.
Afgezien van combat scenario's, TI heeft een verscheidenheid van oorzaken, waaronder automotive trauma; rodeo, motorfietsen en huishoudelijke ongevallen; en sportblessures. Bijvoorbeeld, ondanks verbeteringen van de veiligheid apparatuur en protocollen, mechanisch geïnduceerde traumatisch hersenletsel (TBI) blijft een belangrijke bron van mortaliteit en morbiditeit levenslang in de VS Het Center for Disease Control en Prevention (CDC) meldt zijn ongeveer 1,4 miljoen TBI evenementen per jaar, waarvan bijna 50.000 met dodelijke afloop. American football alleen al goed voor meer dan 300.000 TBIs elk jaar 7. Overlevenden van dergelijke verwondingen met een risico op lange termijn neurologische complicaties gerelateerd aan sensatie, cognitie en communicatie. Op dit moment zijn er ongeveer5,3 miljoen Amerikanen leven met deze chronische nadelen en beperkingen. Directe en indirecte Amerikaanse medische kosten 2000-2010 bedroeg 60000000000 $ 8. Echter, deze cijfers geen rekening met niet-medische kosten en verliezen, of die van de families en vrienden ondersteunen TBI patiënten. Beyond zuiver economische analyse, TBI-geïnduceerde invaliditeit zorgt voor een aanzienlijke vermindering van de kwaliteit van leven die kan zich manifesteren als een zware last op de gezinnen en de maatschappij.
De noodzaak voor een beter begrip van de formatie, karakterisering en preventie van TI is duidelijk. Biomechanische studies van de onderliggende mechanismen die ervoor zorgen dat TI inzicht en mogelijkheid om de blootstelling veiligheidsvoorzieningen verminderen of te verbeteren voor degenen die op potentiële risico voor TI. Bovendien kan meer vooruitgang van het algemene begrip van TI vorming verbeteren diagnostische methoden en criteria, het verstrekken van medische professionals die TI met betere middelen voor de verbetering resultaat behandelens en het redden van levens.
Een betere kennis van letsel mechanismen en een beter inzicht in de biomechanica schade ontwikkeling nodig doeltreffende beschermingsmaatregelen voor het menselijk lichaam te ontwikkelen. Historisch gezien hebben simulaties gericht op het voorspellen van verwondingen gehinderd door computationele beperkingen en de betrouwbaarheid van de anatomische en materiaalmodellen toegepast. Full body simulaties hebben zich gericht op de totale belasting van elk lichaamsdeel, maar de lokale spanning, rek en beschadiging in elk orgaan, spier, bot, etc. niet waargenomen. Zo schouder schip gebruiken de afmetingen van de arm, de lading en de toegepaste hoek zoeken tabelwaarden die aangeven of een bepaald scenario is gevaarlijk. Een berekening van deze aard is nuttig voor snelle schattingen maar niet vastleggen wat lokaal gebeurt van de hand tot aan de schouder, vooral wanneer beschadigingen en verwondingen intrinsiek lokaal. Ten tweede, FE simulations zijn gebruikt om de plaatselijke respons te vangen. De beperking in deze inspanningen niet is FEA zelf, maar het materiaal modellen die het gedrag van elk lichaamsdeel in het kader van blast letsel belastingen definiëren. Eerder werkzaam materiaal modellen zijn aangepast van eenvoudigere materialen en hebben niet geprobeerd om de talloze complexe mechanische gedrag vertoond wordt door biologische weefsels vast te leggen. Daarom high-fidelity rekenmodellen met ISV materiaal modellen voor organen in het menselijk lichaam vertegenwoordigen de meest realistische manier om de fysica en biomechanica van TI te onderzoeken, om innovatieve beschermende kleding te ontwerpen en om betere normen voor letsel metrics vast te stellen.
Achtergrondinformatie over Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) en Interne State Variable (ISV) Materiaal Model
Door ethische kwesties die betrokken zijn bij in vivo testen van menselijke organen en de logistieke problemen in verband met brede schaal menselijk kadaver testen, de current onderzoeksinspanning impliceert mechanische experimenten in vitro met behulp van monsters bereid uit organen gewonnen uit dierlijke surrogaten (bijv varken als meest gebruikte surrogaat). Polymere SHPB heeft de voorkeur al in-vitro testen zachte biomaterialen bij hoge belasting tarieven. De relevante deformational gedrag van SHPB testen en bijbehorende weefsel-schade-gerelateerde informatie van de microstructuur van het weefsel zijn opgenomen in onze ISV materiaal modellen voor orgel mechanische beschrijvingen van 9-10. Deze materiaal modellen worden vervolgens geïmplementeerd in onze virtuele menselijk lichaam model om FEA van diverse verwondingen leiden. Dit proces stelt ons in staat om te verhuizen naar het doel van nauwkeurig voorspellen van de fysica en de aard van een blessure voor een bepaald orgaan onder diverse mechanische belasting (bv blast-geïnduceerde, auto-ongeluk en botte impact), zonder de noodzaak van verdere fysieke experimenten. Om nauwkeurig te beschrijven tHij fenomenologische mechanische eigenschappen, met name de hogere strain-rate afhankelijkheid van de biomaterialen die in de FE simulaties van het menselijk lichaam, SHPB werden experimenten uitgevoerd op de biomaterialen van dynamische mechanische respons na vervormingssnelheden met betrekking tot menselijke VI's te verkrijgen. Een overzicht van de SHPB setup bij het Center for Advanced Vehicular Systems (CAV), Mississippi State University (MSU) is weergegeven in figuur 1.
Eerdere studies hebben aangetoond dat SHPB testing drie belangrijke nadelen verbonden aan 12-18. De eerste en belangrijkste is het materiaal inertiële kracht, die weergegeven wordt in de hoge reksnelheid mechanische respons van een biomateriaal specimen als een eerste piek. Om dit probleem op te lossen, eerder onderzoek inspanningen stelde het wijzigen van de geometrie van het monster van cilindrische vorm te cuboïdaal of ringvormig. De resulterende mechanische gedrag van deze studies waren verschillend from elkaar, omdat de geometrie van het model van invloed op de golfvoortplanting, golf interacties, en de mechanische respons. Een dergelijke wijziging van het specimen geometrie heeft geleid tot onjuiste weergave van de mechanische respons (meerassige en ongelijkmatige spanningstoestand) van het biomateriaal. De tweede grote minpunt was het onvermogen om dynamische kracht evenwicht tijdens een test te behouden. Onderzoekers dit probleem overwonnen doordat de monsterdikte-diameterverhouding en / of invriezen van het weefsel voorafgaand aan het testen. Tegelijkertijd de monsterdikte-diameterverhouding en dat daarin dynamisch krachtenevenwicht, invriezen van het weefsel verder bemoeilijkt de testprocedure zoals veranderde materiaaleigenschappen gevolg van kristallisatie van water in het weefsel. Verschillende studies de SHPB de hierboven genoemde gebreken te vermijden en gebruikt schokbuizen de druk-responstijd in verschillende diermodellen (rat, varkens, enz.) Te verkrijgen volledig verlaten. Echter, deze eeniMAL modellen niet eendimensionaal eenassige spanning-rek gedrag nodig is voor materiaal modellen die in FE simulaties geven. De derde tekortkoming is het feit dat de SHPB tot eendimensionale spanning-rek resultaten als gevolg van het specimen barreling te wijten aan de materiële zachtheid en de hoeveelheid van het watergehalte in het monster.
Vandaar dat de SHPB presenteert een levensvatbaar testapparatuur hoge reksnelheid data te vergaren. Voor zachte materialen, maar de SHPB induceert bolling die een driedimensionale spanningstoestand produceert van hydrostatische druk, maar het eendimensionale spanning-rek gegevens gewenst. We laten hier zien hoe men tevens gebruiken de SHPB de eendimensionale eenassige true spanningsrekcurve Heftrucks modelkalibratie Garner; echter de werkwijze voor het verkrijgen van de werkelijke uniaxiale spanning-rek curve gecompliceerd. Dit proces omvat zowel multi-axiale experimentele gegevens en FE simulatieresultaten en iteratieve herijking van vereisthet materiaal model constanten. De een-dimensionale uitvoering van de ISV materiaal model in MATLAB, ook bekend als materiaal point simulator vereist eendimensionale experimentele gegevens voor de kalibratie. Dus werd het ISV materiaal model geoptimaliseerd met behulp van een systematisch kalibratie proces. Hier, experimentele gegevens van SHPB testen werd beschouwd in de context van de golf theorie formulering en dynamische kracht evenwicht (MSU High Rate Software). Teneinde rekening te houden de viscoelastische dispersie van de polymere SHPB, viscoelastische dispersie vergelijkingen, zoals gerapporteerd door Zhao et al. (2007), in MSU High Rate software geïmplementeerd. De visco-elastische dispersie vergelijkingen geholpen bij het waarborgen van dynamische kracht evenwicht tijdens het testen. De eendimensionale materiaal point simulator werd vervolgens in het kader van een partner-experiment FE modelleringsmethode totdat de twee processen als vereiste overeenstemming, dat wil zeggen de gegevens van beide waren in goede overeenstemming bestaat. Deze gegevens warengebruikt om het ISV model materiaalconstanten aanpassen door vergelijking van de MATLAB materiaal response simulator (eendimensionaal) mechanische respons en SHPB FE model (eendimensionaal) specimen middellijn stress. Hier was specimen spanningscomponent de FE-model langs de golfbelasting richting. Toen de driedimensionale gedrag van het model te specimen werd gekalibreerd door het iteratief uitvoeren FE simulaties en aanpassing ISV-constanten, zodat volumegemiddelde belastingsrichting spanning correleerde goed met de experimentele ware spanning-rek respons. Aldus is een iteratief proces van optimalisatie tussen de experimentele data, FE resultaten en eendimensionaal ISV materiaal model uitgevoerd. Tabel 1 geeft een overzicht van de variabelen ISV materiaal model (MSU TP Ver. 1.1) 11.
Het belangrijkste element in deze methode is het verkrijgen van het eendimensionale mechanische respons van het biomateriaal en de materiaalparametersvoor de ISV materiaal model, dat de SHPB testen onderwerpen van de stress-state non-uniformiteit omzeilt. Het scheidt ook de initiële lineaire respons van het biomateriaal gevolg van inertie en maakt een mechanische respons die inherent is aan het materiaal. De gekoppelde werkwijze toonde ook aan dat een verandering in het monster volledig verandert de geometrie randwaardeprobleem (BVP) en de belastingsrichting werkelijke spanning-rek van het monster. Als zodanig kan deze methodiek gebruikt worden met elk materiaal model (fenomenologische of microstructurele gebaseerde) voor het kalibreren en hoge reksnelheid gedrag van menselijke organen te simuleren onder schadelijke mechanische belasting.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
LET OP: Ethiek Verklaring: De huidige werk is uniek voor het onderzoeksbeleid van de instelling, en volgt strikt de juiste bio-veiligheid en het Bureau van de Regulatory Compliance (ORC) richtlijnen.
1. Biomateriaal Specimen Procurement
- Draag persoonlijke beschermingsmiddelen in overeenstemming met de standaard bioveiligheid protocollen van het laboratorium en / of instelling. Draag gesloten toed schoenen, een lange broek, een laboratoriumjas, chirurgische handschoenen, een beschermend masker en een veiligheidsbril tijdens het hanteren van varkens weefsel en testen.
- Verkrijgen van varkens weefsel (hoofd, buik of achterpoot) van gezonde varkens van een lokale slachthuis binnen 1-2 uur post mortem.
- Bewaar varkens weefsel in biohazard veiligheid zakken en plaats ze in een container ijs (~ 5,56-7,22 ° C).
OPMERKING: Gebruik een thermometer om te controleren of de temperatuur in de varkens specimen niet daalt onder 7,22 ° C. - Vervoeren varkens weefsel naar de dichtstbijzijnde laboratorium(Aan het College of Veterinary Medicine in Mississippi State University) voor dissectie.
- Onder toezicht van een dierenarts in het College of Veterinary Medicine, chirurgisch extract varken orgel (hersenen, lever, spieren, vet, of pezen) en plaats ze in containers gevuld met fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) voor tijdelijke opslag (pH 7,4).
- Bewaar de PBS containers in een iced koeler (~ 5,56-7,22 ° C) en onmiddellijk te transporteren naar de testfaciliteit voor de monstervoorbereiding en SHPB testen.
2. Biomateriaal Monstervoorbereiding
- Verwijder de varkens orgel uit de PBS container en plaats het op een steriele ondergrond.
- OPMERKING: Geef de voornaamste vezeloriëntatie en locaties voor elk monster. Gebruik een cilindrische matrijs met 30 mm binnendiameter aan het testmonster ontleden van varkens orgel.
- Als het testmonster wordt ingeklemd in de cilindrische matrijs injecteert PBS door het tegenoverliggende einde van de dissectiehulpmiddel om het monster te schuiven intact. Leg het gewonnen monster op een apart deel van het steriele oppervlak.
- Gebruik een scalpel om het monster trimmen om de voorgeschreven dikte en aspect ratio.
OPMERKING: SHPB testen van varkens monsters, de dikte 10-15 mm, terwijl het opnameformaat (dikte / diameter) is 0,33-0,50 (figuur 2). - Gebruik calipers de dikte en diameter op drie verschillende plaatsen meten.
- Bewaar alle monsters in verse PBS totdat de SHPB apparaat klaar is om te testen.
OPMERKING: Zorg ervoor dat monsters worden getest binnen 4 uur na het slachten. - Gooi monsters die niet cilindrisch te wijten aan fouten of variaties incisie in de doorsnede zijn. Plaats weggegooid monsters in biohazard veiligheid zakken. Herhaal stap 2,2-2,6 om extra monsters te verkrijgen.
3. Split-Hopkinson Pressure Bar Testing
- Plaats de spits bar, incident bar, en verzonden bar in de met al rongen voor SHPB testen.
OPMERKING: Zorg ervoor dat de bars zijn vrij bewegen om aan te raken en dat hun interfaces worden op elkaar afgestemd. Zorg voor een stop voor de ingediende bar voor de veiligheid. - Sluit de rekstroken gehandeld op grond van incidenten en doorgegeven bars aan de signaalversterker. Schakel de meetversterker versterkers en de DAQ module computer.
- Initialiseer de high speed data vastleggen software.
- Controleer de live vastleggen van de signalen te zien of ze binnen het normale bereik liggen, en teniet het geluid signalen door te klikken op het pictogram nul.
- Input de trigger-niveau en de datasnelheid (2 MHz).
- Initialiseer de software op te nemen wanneer de trigger niveau was.
- Laad de spits bar naast de drukkamer. Vul de drukkamer een gewenste druk.
OPMERKING: De typische druk bereik is 5-25 psi. - Zero uit de laser snelheid meter door op de knop op nul en zet deze op de spits ba gelezenr snelheid door de reflector strip op de spits balk achter de laser sensoren.
- Leg het monster opsluitingskamer zodanig dat het niet de beweging van incident en gereflecteerde bar belemmert. Plaats het incident bar in contact met de uitgezonden bar.
- Voor kalibratie doeleinden, lopen een test (zonder monster) door te draaien op de drukknop voor de drukkamer op de spits bar.
- Zodra de gegevens zijn verkregen in de computer, opslaan en analyseren SHPB rekstrook data (die wordt besproken in de volgende sectie) zodat de testprocedure goed functioneert.
- Plaats de cilindrische monster tussen het incident en doorgegeven bar en sluit de sample opsluitingskamer.
OPMERKING: Zorg dat er geen pre-conditioning wordt uitgevoerd op het monster. - Voer Taken 3,4-3,7 met geplaatst tussen het incident en overgedragen bar monster.
OPMERKING: Zorg ervoor dat het monster middellijn is hetzelfde als de bar middellijn. Voordat BESPREKIng, ook controleren dat de steekproef is niet gecomprimeerd, maar blijft in dezelfde geometrie als eerder onttrokken. - Na de test is afgerond, gebruiken wegwerp hygiënische doekjes om monster puin van het incident bar, overgedragen bar, en sample opsluitingskamer verwijderen. Gooi alle puin en veegt in biohazard veiligheid zakken.
- Sanitize de bars en monster opsluitingskamer met een 70% ethanol reinigingsmiddel en sanitaire doekjes.
4. SHPB gegevens post-processing
- Open het "MSU High Rate Software 19" voor de analyse van Hopkinson Bar golven.
- Begin van de software door het onderzoeken van het venster Instellingen en het kiezen van de "Spanning / Compression" optie in de modus Tab voor eenassige testen. Ook, selecteert u "2 Gages" in de Gages Tab en klik op "Doorgaan."
- In het hoofdvenster selecteert u de Open File 1 Tab, en navigeer naar de invallende golf data van de stam gage record op de incident bar. Selecteer de Open File 2 Tab voor het importeren van de uitgezonden bar stam gage record.
- Selecteer het tabblad Parameters in het hoofdvenster en voer de fysische parameters van de testopstelling, waaronder: bar afmetingen, spanning op factoren, stam gage posities, en visco-elastische dispersie constanten stam. Klik op "Doorgaan."
- Selecteer vervolgens de Select Data Tab in het hoofdvenster en gebruik de cursor bars om de dataset te verminderen om alleen de hoeveelheid gegevens die het incident, gereflecteerde en overgedragen golven. Klik op "Doorgaan."
- Selecteer vervolgens de Select Golven Tab in het hoofdvenster en gebruik de cursor bars aan de invallende golf in de invallende golf Graph, de gereflecteerde golf in de gereflecteerde golf Graph, en de uitgezonden golf in de verzonden Wave Graph beperken. Klik op "Doorgaan."
- Daarna selecteert u de juiste Tab in het hoofdvenster om de software te corrigeren voor de visco-elastische dispersie 20-21.
- Neew selecteert u de Shift-Tab in het hoofdvenster. In de Wave Graph, gebruikt u de cursor te slepen het incident, gereflecteerde en overgedragen golven naar dezelfde uitgangspositie in de tijd door een ieder afzonderlijk te selecteren in de Wave Select Tab. Bekijk alle van de golven in de Data Graph. Eenmaal voltooid, klikt u op "Doorgaan."
- In de resultaten bestand, sla de belasting, verplaatsing, positie en snelheid, profielen door te klikken op "Opslaan als."
- Met conventionele werkwijzen Microsoft Excel (of een andere spreadsheet software) om waar stress en ware rek volgens het model afmetingen voor de eigenlijke Hopkinson test berekend.
5. SHPB Finite Element Modeling
- Met behulp van commerciële eindige elementen (FE) software, het creëren van een FE-model van de SHPB setup.
OPMERKING: Gebruik dezelfde geometrie en materiaaleigenschappen. - Wijs een beginsnelheid van het FE model van de spits bar aan de FE simulatie initialiseren.
LET OP: De snelheidvan de stootstangenkast moet overeenkomen met die in de SHPB experiment voor een bepaalde reksnelheid 9. - Maak een FE-model van de SHPB setup zonder een monster geplaatst tussen het incident en overgedragen bars. Voer de FE simulatie.
LET OP: De gesimuleerde striker bar snelheid moet overeenkomen met de experimentele spits bar snelheid onder de "no-sample" conditie. Wijs materiaaleigenschappen vermeld in Tabel 1 voor polymeren bars. - Controleer of de rekstrook metingen (kleuring versus tijd) in het experiment en FE simulatie goed overeenstemmen.
- Verwerk het biomateriaal monster in de FE-model van de SHPB setup. Wijs de driedimensionale uitvoering (in vumat bestandsformaat 22) van de ISV materiaal model het biomateriaal sample 11.
- Voer een netverfijning onderzoek met drie verschillende maaswijdten en vervolgens de resultaten te analyseren om te bepalen of de oplossingen convergeren.
LET OP: Het gaasgrootte overeenkomt met het totale aantal hexahedral en / of tetraëdrische elementen die het model te omvatten. Selecteer de FE-model met de laagste maaswijdte dat convergeert na verdere simulaties 9. - Het gedrag van de twee-staps FE model kalibratie. In de eerste stap, upload de experimentele gegevens in het eendimensionale uitvoering van de ISV materiaal model.
- Kalibreer de werkelijke spanning vlek curve van het experiment met echte spanning-rek kromme van het model door de aanpassing van parameters ISV materiaal model (zie tabel 1).
Opmerking Verdere iteraties nodig omdat de experimentele data SHPB driedimensionaal karakter terwijl het materiaal model eendimensionaal. - Wijs de ISV materiaal constanten om het biomateriaal monster in de FE-model van de SHPB setup.
- Voer de FE simulatie met de spits bar snelheid en sample vervorming reksnelheid die overeenkomt met de SHPB tests bij dezelfde stam tarief.
- Compaopnieuw de stam gage metingen van experiment en FE simulatie voor een goede overeenkomst (stam versus tijd).
OPMERKING: Als er een goede overeenkomst tussen de FE simulaties en experiment stam gage waarden, overgaan tot de tweede stap van het model kalibreren. Zo niet, herhaal Taken 5,7-5,11. - In de tweede stap van de FE-model kalibreren, lopen de FE simulatie stam gage data SHPB experimenteren post-processing software, MSU High Rate software 19-21.
Opmerking: Als de gesimuleerde echte spanning-rek respons te vergelijken met de experimentele ware spanning-rek respons, waarna de twee stappen FE model kalibratie is voltooid. Zo niet, herhaal Taken 5,7-5,12. - Voer een volumegemiddelde van de belastingsrichting (Σ 33) spanning langs de hartlijn elementen van het FE-type monster.
LET OP: Als deze stress is in goede overeenstemming met de spanning-rek curve van de eendimensionale ISV materiaal model resultaat, dan is het resultaat verkregen door middel van Taken 5.7-5,12 Zijn volledig gekalibreerd. Zo niet, herhaal Taken 5,7-5,13. De ware kracht-rek respons opgevangen door het eendimensionale uitvoering van de ISV materiaal model representeert de werkelijke uniaxiale spanning-rek respons van een biomateriaal dat werd getest in een SHPB setup.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De effectiviteit van de gekoppelde methode wordt geïllustreerd in figuur 3. Hier de SHPB experimentele spanning-rek respons van de hersenen op een lagere spanningstoestand (met een piekspanning van 0,32 MPa) ten opzichte van de spanningstoestand van het materiaal eendimensionale point simulator (met een piekwaarde van 0,74 MPa), dat verwant is aan het FE sample hartlijn (element) gemiddeld. Dit komt door de aard van de vervorming die zachte biomaterialen vertonen. Omdat de spanning hoog zijn, en de golfsnelheid en sterkte van het biomateriaal laag, de inertie en stress golfvoortplanting in het materiaal vraag ongelijkmatige deformatie. Dit verschijnsel is het grootst bij het monster randen en althans in het midden. Omdat de specimens cilinders, kan het midden van het monster verdringt ongelijkmatige radiale expansie tegenstelling tot de randen. Daarom is na verloop van tijd, het monster middellijn kan worden dicht benadert uniaxiaal.
ent "> Door de waarneming van het monster middellijn vertoont uniaxiale deformatie na aanvankelijke" ring-up "-tijd, FEA kan dan worden gebruikt om de hartlijn data, wat niet mogelijk extraheren van de experimentele opstelling vastleggen. Hier is de" ring -up "de tijd is de tijdspanne tijdens de eerste fase van een SHPB proef gesteld wanneer spanning state evenwicht wordt bereikt. Om dit te doen, worden de virtuele FEA rekstroken in vergelijking met de experimentele rekstrookjes, en het materiaal constanten zijn gevarieerd tot een goede overeenkomst is bereikte. Tabel 2 geeft het representatieve materiaal constanten voor de hersenen verkregen via de gekoppelde SHPB experiment FE-simulatie methode. Verder toont figuur 4 dat de SHPB experimentele ware spanningsrekcurve daadwerkelijk meet de eerste invariant voor stress, in plaats van de uniaxiale loading -richting kracht-rek gedrag. De meeste andere studies 18/12 eenvoudig de experimentele resultaten presenteren fig3 toont een dergelijke representatie van de mechanische reactie van een biomateriaal de uniaxiale reactie, die voor FE modellering simulatie van echte wereld randwaardeproblemen (BVPs) is zal onderschatten. Vandaar dat een gebruik van de SHPB experimenteel resultaat alleen zou verkeerd zijn indien zij niet gekoppeld FE-type modellen om de uniaxiale rijgedrag.
Figuur 1:. Een overzicht van de aangepaste polymeer Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) gebruikt voor het testen van varkens hersenen monsters is Dit cijfer is aangepast van Prabhu et al, 2011. 9.
Figuur 2: Voorbeeld extractie van verse (<3 uur post-mortem) van (a) varkenshersenen, en(B) monster extractie met behulp van een 30 mm binnendiameter sterven in de superieure inferieur richting. Dit cijfer is aangepast van Prabhu et al., 2011 9.
Figuur 3:. Vergelijking van Σ 33 voor experiment, MATLAB Fitting Routine (materiaal punt simulator), FE specimen gemiddelde gegevens en FE stam maatregelen via DAVID Viscoelastic, 750 sec -1 De fout bands in de experimentele invallende / gereflecteerde golven vertegenwoordigd onzekerheid. Dit cijfer is aangepast van Prabhu et al., 2011 9.
Figuur 4: Percelen van Eindige Elementen (FE) simulatie Σ Mises, Σ 11, Σ 22,31, 33, 12 Σ, Σ 23, Pressure (Eerste Invariante van stress) en Σ 13 en experiment tijdens de vervorming voor cilindrische monster, 750 sec -1. Hier drukspanningen negatief zijn. Dit cijfer is aangepast van Prabhu et al., 2011 9.
Figuur 5:. Schema van de polymere Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) setup Dit cijfer is aangepast van Prabhu et al, 2011. 9.
Figuur 6: Schematische voorstelling van de (a) experimenteel opgezet voor SHPB tests en (b) FE model simulatie, samen met (c) een close-up van het incident gereflecteerd barinterface. Dit FE model simulatie werd uitgevoerd zonder monster. FE model dempingscoëfficiënten α R en β R voor de simulaties werden gehandhaafd op 3,0 en 1,2.
Figuur 7:. Vergelijking van experiment en Eindige Elementen (FE) simulatie Σ 33 voor varkens hersenen monster compressie, op 6,5 msec -1 FE simulatie σ 33 werden berekend door na het verwerken van de stam metingen van FE simulatie door middel van MSU Hoge Strain Rate software.
Figuur 8: Schematische van (a) Finite Element (FE) opgezet voor Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) proeven, (b) FE simulatie sample afmetingen,met een monster, en (c) een overzicht van de SHPB opstelling met een monster. FE model dempingscoëfficiënten α R en β R voor de simulaties werden gehandhaafd op 3,0 en 1,2. Dit cijfer is aangepast van Prabhu et al., 2011 9.
Figuur 9: Schematische voorstelling van de tweevoudige correlatie van de echte stress-strain respons van zacht biologisch materiaal voor SHPB experiment en FE simulatie.
Figuur 10. (A) Vergelijking van het incident en weerspiegeld stam metingen in een Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB), voor het experiment en Finite Element Analysis (FEA), en (b) SHPB experiment en Finite Element (FE) simulatie Σ 33 voor varkens hersenen monster compressie 750 sec -1. FE simulatie Σ 33 werden berekend door na het verwerken van de stam metingen van FE simulatie door middel van DAVID Visco software. De fout bands in de experimentele invallende / gereflecteerde golven vertegenwoordigd onzekerheid. Dit cijfer is aangepast van Prabhu et al., 2011 9.
Tabel 1:. Samenvatting van de variabelen en het model vergelijkingen voor MSU TP 1.1 heeft Deze tabel is gewijzigd van Prabhu et al, 2011 9 en Bouvard et al, 2010 11...
| Model Constants | Waarden |
| μ (MPa) | 25.00 |
| K (MPa) | 12492,00 |
| γ vo (sec -1) | 100000.00 |
| m | 1.00 |
| Y o (MPa) | 8.20 |
| α p | 0 |
| λ L | 5.00 |
| μ R | 0.05 |
| R s1 | 1.40 |
| h o | 47.21 |
| X o 1 | 0.75 |
| x * zat | 0.01 |
| x * o | 1.20 |
| Gaan | 0.30 |
| C κ 1 (MPa) | 0.40 |
| h 1 | 0 |
| e o s2 | 0 |
| e zat s2 | 0.40 |
| C κ 2 (MPa) | 0 |
Tabel 2: Waardenmateriaal constanten voor hersenmateriaal gebruik MSU TP 1.1 Viscoplasticity model. Deze tabel is gewijzigd van Prabhu et al., 2011 9.
| Striker Bar | Incident bar | Overgedragen Bar | |
| Materiaal | 1-1 / 2 "polycarbonaat (PC) rod * | 1-1 / 2 "polycarbonaat (PC) rod * | 1-1 / 2 "polycarbonaat (PC) rod * |
| Dichtheid (kg / m 3) | 1.220 × 10 3 | 1.220 × 10 3 | 1.220 × 10 3 |
| Diameter (m) | 1.285 × 10 -3 | 3,810 × 10 -2 | 3,810 x 10 -3 |
| Lengte (m) 7,620 × 10 -1 | 2.438 | 1.219 |
* McMaster-Carr TM 1-1 / 2 "rod (McMaster-Carr TM, Chicago, IL, USA).
Tabel 3:. Afmetingen en materiaaleigenschappen van de polymere staven gebruikt in Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) setup Deze tabel is gewijzigd van Prabhu et al, 2011. 9.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De gemelde methodologie die koppelt de SHPB experiment FE modellering van de SHPB biedt een nieuwe en unieke techniek om de werkelijke uniaxiale spanning-rek respons van een biomateriaal met hoge reksnelheden beoordelen. Om mechanische eigenschappen inherent aan de natieve weefsel verkrijgen moet erop worden gelet dat het biomateriaal monster tussen 5,56-7,22 ° C houden voordat SHPB testen. Indien het monster onder 5,56 ° C wordt afgekoeld, water aanwezig in het weefsel gaat kristalliseert in ijs en vervolgens verandert het weefsel mechanische eigenschappen. Terwijl andere onderzoekers 15-18 van het monster voor het behoud doeleinden van mechanische degradatie hebben bevroren, de verkregen resultaten ervan uit SHPB testen opbrengst aanzienlijk verschillende mechanische reacties. Verder een verslag van Van Ee en Myers 23 toonde aan dat zachte biomaterialen getest binnen 5 uur post mortem de beste experimentele resultaten gaf. Daarnaast werd de PBS-oplossing gekozen om sterts biomateriaal specimens en cilindrische monsters omdat de osmolariteit en ionenconcentratie overeenkomen met biologische vloeistoffen 9.
Op basis van het werk van Gray en Blumenthal 24 in de ASM Handbook on hoge reksnelheid testen van zachte materialen, een optimale sample aspect ratio of verhouding monsterdikte diameter, en werd bepaald op 0,5 of minder, afhankelijk van het type biomateriaal wezen getest (varken hersenen, lever, pezen of vet). Gray and Blumenthal 24 waargenomen in de studie dat monsters met een aspect ratio groter dan 0,5 de dynamische krachtenevenwicht tijdens SHPB proef niet geschikt. Monster extractie begon met behulp van een roestvrij stalen dobbelsteen om het biomateriaal in de superieure inferieur richting ontleden om een lange, cilindrische stuk biomateriaal creëren. Een chirurgische scalpel werd vervolgens gebruikt om 15 mm dik gesneden monsters van het lange cilinder, waarbij meerdere cilindrische testmonsters (figuur 2). Het monsterhet dichtst bij de hogere kant van het monster werd gewoonlijk gekenmerkt met oppervlakcontour het orgel (superior of bovenste oppervlak). Bijvoorbeeld, wanneer een specimen hersenen werd ontleed hersenen sulci en gyri kenmerk het bovenoppervlak. Hier werd zorg besteed aan de vlakheid van het oppervlak, die werd verkregen door het insnijden van de "oneven" bovenvlak met een chirurgisch scalpel waarborgen. Over het algemeen diktevariaties monster "minder dan 0,5 mm, dat tot 3% van het gemiddelde monsterdikte was. De monsters werden verondersteld uniforme dikte als de variatie in dikte van minder dan 3% heeft. Bij de aanschaf van biomaterialen werd voltooid onder 1 uur, en al SHPB testen werden uitgevoerd in minder dan 4 uur na het offer.
De SHPB spanning-wave data werd opgenomen door een reeks van rekstrookjes aangebracht op het incident en overgedragen bar. De testopstelling hier beschreven gebruikt polymere bars in plaats van de Traditional metalen staven, zoals deze zijn waargenomen op een lager ruisniveau 25 te produceren. Een gedetailleerde lijst van materialen en afmetingen van de SHPB polymere staven "wordt gegeven in tabel 3. Voorafgaand aan de analyse van de biomateriaal werd de SHPB inrichting gekalibreerd en gecontroleerd met gebruikmaking van een reeks van" no-sample "experimenten. Deze experimenten diende om de goede werking van het incident en verzonden bar rekstrookjes te verifiëren en ruis of interferentie geïntroduceerd door de metalen omhulsels, rekstroken of DAQ systeem te evalueren. De SHPB functioneerde door het vrijgeven van samengeperste stikstof via de pneumatische aandrijving snel te versnellen de spits bar. De spits bar dan beïnvloed het incident bar, en de drukspanning wave gecreëerd door deze impact gepropageerd door het incident bar. Wanneer de drukgolf aan het einde van het incident bar, werd het bijbehorende kinetische energie gesplitst teneinde een gedeelte gemanifesteerd als een gereflecteerde golf trekspanning in de INCIdent bar, en de resterende energie gemanifesteerd als een drukspanning golf naar de volgende media. In het monster testopstelling, de druk- golf reisde in het monster en vervolgens in de verzonden bar terwijl de "no-sample" test kon de druk- golf direct vanaf het incident aan de doorgegeven te verplaatsen. De stress golven die opgenomen zijn hier geproduceerd verschillende drukken binnen het incident bar, monster, en verzonden bar, en deze druk diende als de randvoorwaarden voor het bereik van reksnelheden waargenomen in SHPB experimenten te simuleren.
FE modellering van SHPB testen vereiste twee fasen op een wijze vergelijkbaar met de experimentele apparatuur verificatie. De FE model van de inrichting zelf werd gekalibreerd voor de "no-sample" geval (figuur 6) waarin de drie polymère bars toegewezen elastische materiaaleigenschappen met een Young's modulus van 2.391 MPa en de verhouding van 0,36 Poisson. In <strong> Figuur 6, de negatieve z-as geeft de belastingsrichting met σ 33 duiden de corresponderende drukspanning. Deze kalibratie gezorgd dat het polymère staven bezat geschikte materiaaleigenschappen en rekstrook metingen FE model waren vergelijkbaar met de resultaten van de "no-sample" geval (figuur 7). Na het FE model van de inrichting werd gevalideerd werd het biomateriaal monster toegevoegd en de "sample" test case onderworpen aan een kalibrering, verificatie en validatie proces (figuur 7). De geschiktheid van het element grootte in onze mesh (FE model verificatie) werd getest met behulp van een mesh convergentie aanpak. Mazen van dezelfde geometrie werden uitgevoerd met een reeks van steeds kleinere elementen; de mazen varieerden in grootte van 4.703 tot 3.111.000 totale elementen. Deze convergentie studie gaf aan dat mazen van 12.000 elementen of meer verstrekt vergelijkbare resultaten, dus neerkomtde minimale drempel van convergentie. Deze studie gebruikt ook een materiaal model (MSU TP Ver. 1.1) die in staat van het beschrijven van de complexe materie gedrag tentoongesteld door biomaterialen in het algemeen. Hier, het materiaal model vangt de visco-elastische-taai-elastisch reacties van amorfe materialen, samen met de geschiedenis van effecten en reksnelheid afhankelijkheid, die momenteel wordt gebruikt om het materiaal te reacties van de hersenen 9 en de lever 26 beschrijven. De elastische en inelastische reacties werden gekarakteriseerd met behulp van een set van constitutieve relaties samengevat in tabel 1. Deze vergelijkingen liet het model uit te drukken en korte-termijn gedrag geassocieerd met dynamische of momentele materiaal reactie, als lange-termijn gedrag in verband met stationaire verzoenen state materiaal reacties. Het model geeft ook de mogelijkheid om historische effecten die samenhangen met veranderingen in het biomateriaal microstructuur door middel van ISV omvatten.
De FE-model werd CALIBRATed door een reeks stappen (figuur 9). SHPB experimentele data werd gebruikt om de ISV constitutieve model met een stoffelijk punt simulator kalibreren. Vervolgens wordt de experimentele en FEA stam gage data waren beiden onderzocht tot een goede overeenkomst werd bevestigd (Figuur 9). Vervolgens wordt de rekstrook metingen van SHPB tests en FE simulaties werden vergeleken (Figuur 10). Correlaties werden bepalen rekstrook metingen van de SHPB systeem en de mechanische respons van het monster bereikt. Hierbij moet worden opgemerkt dat tijdens de kalibratie van het materiaal punt simulator leverde een één-dimensionale spanningstoestand terwijl zowel SHPB experimenten en FE simulaties leverde een driedimensionale spanningstoestand. De variërende spanningstoestanden geproduceerd overeenkomstige verschillen in σ 33 (figuur 10). Het materiaal model constanten werden geoptimaliseerd totdat de σ 33 van SHPB testen overeenkwam met de σ 33 van FE simulaties. Hier het proces van optimalisatie werd uitgevoerd iteratief tot de experimentele en FE rekstrook resultaten kwamen goed overeen met de drie-dimensionale spanningstoestanden verkregen door verwerking van de experimentele en FEA rekstrook gegevens via de MSU hoge snelheid software. Bovendien werd de iteratieve optimalisatie ook uitgevoerd dat de ééndimensionale materiaal point simulator en het eendimensionale FE specimen middellijn σ 33 waren ook in goede overeenstemming.
De resulterende eendimensionale echte spanning-rek gedrag verkregen door het materiaal punt simulator vertegenwoordigt dan het equivalent eenassige echte spanning-rek respons voor een biomateriaal verkregen via SHPB tests bij hoge belasting tarieven. Samengevat, deze methodiek wordt een effectieve manier om de uniaxiale experimenteel resultaat door het FE simulator extraheren. De gekoppelde SHPB experiment-FE simulatie ook verlicht onduidelijkheden betreffende theories on inertie door te tonen dat veel van de spanning-rek respons zou inherent aan het biomateriaal. Tenslotte werden de effecten van monstergeometrie modificaties (versus cilindrisch ringvormig) werden waargenomen minimaal effect in ontkennende het zogenaamde inertie-effect, waarbij de reed have "aanvankelijke spike". Het gebruik van deze methode beperkt is tot zachte biomaterialen en is tijdrovend. Bovendien is de koppeling van de SHPB experiment SHPB FE model met ISV materiaal model is complex. De voornaamste voordeel van deze methode is dat het verkregen materiaal constanten en ISV model kan voor diverse mechanische beschadigingen's nabootsen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren hierbij dat er geen belangenconflict met alle materiaal in verband met deze publicatie.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| High pressure 316 stainless steel threaded pipe fitting, 1/2 male x 1/4 female pipe size, hex reducing bushing | McMaster-Carr | 2 | |
| Type 316 stainless steel threaded pipe fitting, 3/4 male x 1/4 female, hex reducing bushing 150 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| Easy-maintenance type 316SS ball valve, with 316 stainless steel ends, 1/2" NPT female | McMaster-Carr | 2 | |
| Easy-maintenance type 316SS ball valve, with 316 stainless steel ends, 3/4" NPT female | McMaster-Carr | 2 | |
| ASME-code stainless steel pop-safety valve, 1/4 NPT male, 300 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| Precision extreme-pressure 316SS pipe fitting, 1/2 x 1/2 pipe size, 1-7/8" length, hex nipple | McMaster-Carr | 8 | |
| type 316 stainless steel threaded pipe fitting, 1/2 pipe size, tee, 150 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| Test gauge with safety case, polyester case, standard, dry, 600 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| Digital gauge, plastic case, 2-1/2" dial, 1/4 bottom connection, 300 psi | McMaster-Carr | 2 | |
| Type 316 stainless steel 37 degree flared tube fitting, adapter for 1/4" tube OD x 1/8" NPT male pipe | McMaster-Carr | 12 | |
| 303 stainless steel 37 degree JIC swivel fitting for 3/16" ID | McMaster-Carr | 12 | |
| High-pressure chemical hose, 3/16" ID, 0.312" OD, 3,000 psi | McMaster-Carr | 6 | |
| High-Purity Gas Regulator Single-Stage, Nitrogen, 0-125 psi, CGA #580 | McMaster-Carr | 2 | |
| Hose for Nitrogen Gas, Argon, and Oxygen Brass Fem Fittings, PTFE Hose, 3' L, 1/4" ID, 3,600 psi | McMaster-Carr | 2 |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Extreme-Pressure 316 SS Threaded Pipe Fitting 1/4 x 1/4 Pipe Size, Hex Nipple | McMaster-Carr | 4 | |
| Extreme-Pressure 316 SS Threaded Pipe Fitting 3/4 x 3/4 Pipe Size, Hex Nipple | McMaster-Carr | 2 | |
| Extreme-Pressure 316 SS Threaded Pipe Fitting 1/4 Male x 1/8 Female Pipe Size, Hex Bushing | McMaster-Carr | 2 | |
| Standard Brass Compression Tube Fitting Adapter for 1/4" Tube OD x 1/4" NPTF Male Pipe | McMaster-Carr | 4 | |
| Kobalt 1/4 in Mini Regulator with Gauge | Lowes | 2 | |
| 1/4" x 25 ft polyethylene tubing | Lowes | 2 | |
| 1-1/2" Diameter Polycarbonate (PC) Rod | McMaster-Carr | 2 | |
| LTV-35 4-Way Valve Mead Fluid Dynamics | Motion Industries | 2 | |
| Pneumatic double action actuator | Valtronic | 2 | |
| Stainless Steel Ball Valve 1/2" | Valtronic | 2 | |
| Buckeye pressure vessel | Buckeye | 2 | |
| SR-4 General Purpose FAE-25-35SX Strain Gages | Micro-Measurement Vishay Precision Group | 2 | |
| M-M Signal Conditioning Amplifier 2310A | Micro-Measurement Vishay Precision Group | 1 | |
| Laser ROLS-W optical sensor | Monarch Instruments | 1 |
References
- 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. 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. Br J Sports Med. 36 (1), 6-10 (2002).
- Born, C. T. Blast trauma: the fourth weapon of mass destruction. Scand J Surg. 94 (4), 279-285 (2005).
- Cullis, I. G. Blast waves and how they interact with structures. J R Army Med Corps. 147, 16-26 (2001).
- Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A., Ramsay, J. Blast Loading and Blast Effects on Structures–An Overview. Electronic Journal of Structural Engineering. 7, 76-91 (2007).
- Usmani, Z. Intelligent Agents in Extreme Conditions – Modeling and Simulation of Suicide Bombing for Risk Assessment. Web Intelligence and Intelligent Agents. , (2010).
- Guskiewicz, K. M. Cumulative effects associated with recurrent concussion in collegiate football players the NCAA Concussion Study. JAMA. 290 (19), 2549-2555 (2003).
- Finkelstein, E., Corso, P., Miller, T. The Incidence and Economic Burden of Injuries in the United States. , Oxford University Press. New York (NY). (2006).
- Prabhu, R. Coupled experiment/finite element analysis on the mechanical response of porcine brain under high strain rates. JMech Behav Biomed Mater. 4 (7), 1067-1080 (2011).
- Horstemeyer, M. F. Integrated Computational Materials Engineering (ICME): Using Multiscale Modeling to Invigorate Engineering Design with Science. , Wiley Press. (2012).
- Bouvard, J. L. A general inelastic internal state variable model for amorphous glassy polymers. Acta Mechanica. 213, 1-2 (2010).
- Kenner, V. H., Goldsmith, W. Impact on a simple physical model of the head. J Biomech. 6 (1), 1-11 (1973).
- Khalil, T. B., Viano, D. C., Smith, D. L. Experimental analysis of the vibrational characteristics of the human skull. J. Sound Vib. 63 (3), 351-376 (1979).
- Pervin, F., Chen, W. W. Dynamic mechanical response of bovine gray matter and white matter brain tissues under compression. J Biomech. 42 (6), 731-735 (2009).
- Prevost, T. P., Balakrishnan, A., Suresh, S., Socrate, S. Biomechnics of brain tissue. Acta Biomater. 7 (1), 83-95 (2011).
- Saraf, H., Ramesh, K. T., Lennon, A. M., Merkle, A. C., Roberts, J. C. Mechanical properties of soft human tissues under dynamic loading.J. J Biomech. 40 (9), 1960-1967 (2007).
- Van Sligtenhorst, C., Cronin, D. S., Wayne Brodland, G. High strain rate compressive properties of bovine muscle tissue determined using a split Hopkinson bar apparatus. J Biomech. 39 (10), 1852-1858 (2006).
- Song, B., Chen, W., Ge, Y., Weerasooriya, Y. Dynamic and quasi-static compressive response of porcine muscle. J Biomech. 40 (13), 2999-3005 (2007).
- MSU JHBT Data Processing and MSU High Rate Software Manual. , Available from: https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_JHBT_Data_Processing_and_MSU_High_Rate_Software_Manual.zip (2014).
- Zhao, H., Gary, G. On the use of SHPB techniques to determine the dynamic behavior of materials in the range of small strains. Int J Solids Struct. 33 (23), 3363-3375 (1996).
- Zhao, H., Gary, G., Klepaczko, J. R. On the use of a viscoelastic split hopkinson pressure bar. Int J Impact Eng. 19 (4), 319-330 (1997).
- MSU TP Ver 1.1.. , Available from: https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_TP_Ver_1.1.zip (2014).
- Gray, G. T., Blumenthal, W. R. ASM Handbook, Mechanical Testing and Evaluation. 8, ASM International. 488-496 (2000).
- Dharan, C. K. H., Hauser, F. E. Determination of stress-strain characteristics at very high strain rates. Exp. Mech. 10 (9), 370-376 (1970).
- Chen, J., Priddy, L. B., Prabhu, R., Marin, E. B., Horstemeyer, M. F., Williams, L. N., Liao, J. Traumatic Injury: Mechanical Response of Porcine Liver Tissue under High Strain Rate Compression Testing. Proceedings of the ASME 2009 Summer Bioengineering Conference (SBC2009). , Resort at Squaw Creek. Lake Tahoe, CA, USA. (2009).
