Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 8

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
Wyszukiwano:
w słowach kluczowych:  representative volume element (RVE)
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
1
Content available remote Two-scale finite element model of multilayer blood chamber of POLVAD_EXT
EN
The latest construction of heart prosthesis - Polish ventricular assist device (POLVAD_EXT) is made of polymer and biocompatible TiN nanocoating. The two-scale model of the POLVAD_EXT is based on the finite element method. The theory of nonlinear elasticity and elasto-plasticity is applied in computations. The model in microscale includes: model of residual stress in TiN nanocoating, working loading of the POLVAD_EXT and profile of surface of deposited TiN nanocoating. The analysis of the stress–strain state is performed in two scales for the blood chamber of the POLVAD_EXT. The verification of the calculated macroresults is prepared by applying Authors' FEM code and experimental digital image correlation data. The computed distributions of stresses and strains in macro- and microscales are helpful to determine the regions of blood chamber of the POLVAD_EXT considered as the failure-source areas.
2
Content available remote Numerical modelling and verification of Polish ventricular assist device
EN
The developed multiscale model of blood chamber of POLVAD (Polish ventricular assist device) was introduced. The tension test for polymer and digital image correlation (DIC) were performed for verification of the strains and displacements obtained in the numerical model of POLVAD_EXT. The numerical simulations were carried out in conditions given in the experiment to compare the results obtained on external surfaces of blood chamber of the POLVAD_EXT. The examined polymer applied in the POLVADs is sensitive to changes of temperature and this observation is considered in all prepared numerical models. The comparison of experimental and numerical results shows acceptable coincidence. There are some heterogeneous distributions of strains in experiment with respect to analysis of computed parameters. The comparison of two versions of blood chambers (POLVAD and POLVAD_EXT) in numerical analysis shows that POLVAD_EXT construction is better with respect to analysis of strain and stress. The maximum values of computed parameters are located in the regions between connectors on the internal surfaces of blood chambers of POLVAD.
PL
W pracy sformułowano i omówiono procedurę oceny właściwości makroskopowych geokompozytów na podstawie obrazu ich mikrostruktury. Wielkość makroskopowa kompozytu to wartość oczekiwana z odpowiadającej jej wielkości mikroskopowej będącej tzw. funkcją struktury. Matematycznie, wartość oczekiwana to średnia ze wszystkich możliwych realizacji ośrodka losowego których, w ogólności, jest nieskończenie wiele. Wykorzystując miarę mikrostruktury w postaci prawdopodobieństwa 2-punktowego sformułowano oryginalną metodę oceny właściwości makroskopowych jako wartość z próby którą tworzy skończona liczba, określonego i tego samego rozmiaru, tzw. Reprezentatywnych Elementarnych Objętości (REO). Odpowiednio dobrana próba, tj. jej wielkość będąca liczbą REO oraz rozmiar REO, zapewnia poprawną ocenę właściwości makroskopowej kompozytu, z założonym błędem estymacji. W pracy przedstawiono warunki i procedury numerycznej identyfikacji rozmiaru REO oraz wielkości próby. Do określenia rozmiaru REO wykorzystano prawdopodobieństwo 2-punktowe oraz metodę symulacji Monte Carlo natomiast do określenia wielkości próby - Centralne Twierdzenie Graniczne.
EN
The paper proposes and discusses the procedure of evaluation of overall properties of geocomposites based on a digital image of their microstructure. The overall property of composite is defined as an expectation of an associated microscopic variable called as a structural function. Mathematically, expectation is an average over all the possible realization of random medium, i.e. the infinite number of realizations. The paper formulates an original method of overall properties evaluation using the so-called 2-point probability function. The procedure proposed involves the notion of a sample and that of Representative Volume Element (RVE). The expectation is evaluated as an average over the sample. The sample is defined to be a set of a finite number of RVE elements, each of them of the same size. Proper evaluation of the expectation requires, within this method, an estimation of the appropriate size of the sample and the RVE element. The size of RVE element is proposed to be determined based on the 2-point probability function and the Monte Carlo simulation whereas the sample size is estimated based on the Central Limit Theorem.
EN
The ventricle sometimes cannot work efficiently and therefore, must be outfitted with prosthesis - pulsatile ventricular assist device (VAD) often made of polyurethane. But, it was found that the blood clot formation proceeds in the polyurethane/blood contact area and the polyurethane is subjected to degradation. Thus, it is necessary to modify the surface of polyurethane by covering it with a biocompatible TiN coating deposited by pulsed laser deposition method. The important advantage of selected deposition method is the production of coatings of very high chemical purity and adhesion at room temperature. Using temperature-sensitive materials like polymers in VADs, demands low-temperature coating techniques to deposit biocompatible coatings. But the applied method has also disadvantage - the values of compressive residual stresses are the biggest of all measured, when TiN nanocoating is deposited by applying the PLD method. Thus, the stress concentration at the contact between layers is considered to be one of the main reasons responsible for failure of the blood chamber of the VAD made of PU/TiN. The purpose of the present paper is development of the computer FEM code for the multi-scale simulation of the stress - strain state for the PU/TiN blood chamber of VAD, which will be used to determine the most dangerous places at surface of the chamber under predicted loadings. The algorithms of finite elements mesh processing, implementation of boundary conditions and obtaining numerical solution are presented in this paper. The developed FEM code is based on the new approach to the simulation of multilayer materials obtained by using Pulsed Laser Deposition method. The model in micro-scale includes two components - model of the initial stresses caused by deposition process and simulation of active loads observed in the blood chamber of VAD. Predicted distributions of stresses and strains are helpful to define precisely the regions of blood chamber, which can be defined as the failure-source areas.
PL
Gdy lewa komora serca nie pracuje prawidłowo, to jest zastępowana protezą - pulsacyjną komorą wspomagania pracy serca (VAD, z ang. ventricular assist device), którą często wykonuje się z poliuretanu (PU) i naniesionej za pomocą metod) PLD (osadzenie laserem impulsowym) biokompatybilnej powłoki TiN. Otrzymywane duże wartości ściskających naprężei własnych, są najwyższe ze wszystkich mierzonych, gdy powło kę TiN nanosi się metodą PLD. Celem niniejszej pracy jest opracowanie programu komputerowego wykorzystującego metodę elementów skończonyc (MES) do wieloskalowego modelowania stanu odkształcę i naprężeń dla komory krwistej zbudowanej z PU/TiN, który to program będzie wykorzystywany do określania najbardzi niebezpiecznych miejsc ze względu na możliwe uszkodzeń materiału powierzchni komory, jakie mogą się pojawi; w warunkach pracy komory. Algorytmy wykorzystywane do tworzenia siatki elementów skończonych, implementacja warunków brzegowych i otrzymane rozwiązanie numeryczne zaprezentowano w niniejszej prac Opracowany kod MES jest oparty na nowym podejściu symulowania materiałów wielopowłokowych otrzymywanych metodą PLD. Model w skali mikro zawiera dwa składniki: model naprężeń własnych (naprężeń początkowych) powstał] w procesie nanoszenia powłok i model obciążeń zadawan w komorze krwistej VAD. Przewidywane w modelu rozkłady naprężeń i odksztalceń pomagają określić dokładnie te strefy komory krwistej, które można zdefiniować, jako obszary będące źródłem jej uszkodzeń.
EN
The main purpose of the research was to develop the micromodel of biocompatible titanium nitride nanocoating deposited on polymer by pulsed laser deposition method in blood chambers of Polish ventricular assist devices: POLVAD and POLVAD_EXT. The analysis of the parameters of micromodel crucial for the phenomenon of loss of cohesion occurring between coating and substrate was carried out as well. The micromodel takes into account residual stress, material model of nanocoating, stress resulting from blood pressure in chamber, the thickness of coating and wave parameters of nanocoating (wavelength and antinode). The investigation shows that thickness and residual stress are the most influential parameters. The phenomenon of the loss of cohesion will be observed more frequently for thicker coatings with higher residual stresses.
EN
The prosthesis - pulsatory ventricular assist device (VAD) - is made of polyurethane (PU) and biocompatible TiN deposited by pulsed laser deposition (PLD) method. The paper discusses the numerical modelling and computer-aided design of such an artificial organ. Two types of VADs: POLVAD and POLVAD_EXT are investigated. The main tasks and assumptions of the computer program developed are presented. The multiscale model of VAD based on finite element method (FEM) is introduced and the analysis of the stress-strain state in macroscale for the blood chamber in both versions of VAD is shown, as well as the verification of the results calculated by applying ABAQUS, a commercial FEM code. The FEM code developed is based on a new approach to the simulation of multilayer materials obtained by using PLD method. The model in microscale includes two components, i.e., model of initial stresses (residual stress) caused by the deposition process and simulation of active loadings observed in the blood chamber of POLVAD and POLVAD_EXT. The computed distributions of stresses and strains in macro- and microscales are helpful in defining precisely the regions of blood chamber, which can be defined as the failure-source areas.
PL
W tym artykule podjęto próbę zdefiniowania reprezentatywnej elementarnej objętości (REO) w bardziej szerokim zakresie, tj. poprzez definicję wielkości próbki wraz z liczbą koniecznych do wykonania realizacji. Analizowano losową mikrostrukturę komórkową, będącą imitacją obrazu binarnego. Sposób jej generacji opisano analitycznie za pomocą właściwości rozkładu dwumianowego. Pokazano, że najprostszą geometryczną miarę ośrodka losowego, tj. udział frakcyjny składników, można określać poprzez uśrednianie po małej liczbie realizacji dużych próbek, bądź zamiennie, poprzez rozpatrywanie dużej liczby realizacji małych mikrostruktur. Wykazano analitycznie, że w przypadku określania parametrów transportu istnieje pewna progowa wielkość próbki, poniżej, której wartość średnia nie zbiega do wartości parametrów efektywnych. Sformułowano warunek, oparty na własnościach prawdopodobieństwa dwupunktowego, który pozwala na określanie tej minimalnej wielkości próbki.
EN
The aim of this work is to propose a more quantitative definition of representative volume element (RVE), i.e. by defining both the size of the sample and the sufficient number of realizations. The methodology is applied to a specific random microstructure, namely two-phase two-dimensional square lattice model. It is shown that the geometrical property, namely volume fraction, can be determined either for large samples and a small number of realizations a smaller volumes can be utilised providing that a sufficient number of realizations are considered. It is proved analytically that in case of transport properties there exist some threshold value of the size of RVE below which the results do not converge towards effective properties. This size of the sample is determined by making use of the properties of the two-point probability function.
8
Content available remote Multiscale FEM model of artificial heart chamber composed of nanocoatings
EN
The purpose of the present work was to construct the multiscale FEM model of artificial heart chamber composed of nanocoatings. This goal is reached by the development of the FEM macromodel of artificial blood chamber using the commercial code and by the creation of the micromodel based on our own FEM code. The latter uses strain state obtained after loading in macromodel. The loci of failure initiation in the material of chamber were precisely determined and these results are used as an input data for the new micromodel.
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.