Numeryczna analiza stanu naprężeń i odkształceń w komorze sztucznego serca POLVAD-EXT wykonanej z poliuretanu i nanopowłoki TiN

• Autorzy: Milenin A. , Kopernik M.

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of stress-strain state in blood chamber of POLVAD_EXT made of polyurethane and TiN nanocoating

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule rozpatrzono problem numerycznego modelowania stanu naprężeń i odkształceń komory sztucznego serca POLVAD_EXT, pokrytej powłoką TiN w celu zwiększenia biozgodności. Zaproponowano rozwiązanie tego problemu za pomocą metody elementów skończonych (MES). Wykorzystano teorię nieliniowej sprężystości oraz sprężysto-plastyczności. Własności mechaniczne poliuretanu uzyskano za pomocą testów na rozciąganie, natomiast dane dla powłoki TiN otrzymano za pomocą analizy odwrotnej. Zaproponowany model uwzględnia naprężenia własne, powstające w TiN w procesie nanoszenia powłoki. Wykonano eksperyment numeryczny, pozwalający na analizę wpływu grubości powłoki, wartości naprężeń własnych i falistości powierzchni na wartości naprężeń i odkształceń, decydujące o możliwości powstawania mikropęknięć.

EN

The problem of numerical modeling of the stress and strain states in blood chamber of POLVAD_EXT is considered in the paper. The blood chamber is covered by TiN coating to increase its biocompatibility. The finite element method (FEM) is proposed to solve the formulated problem. The theory of nonlinear elasticity and elasto-plasticity is applied. The mechanical properties of polyurethane were obtained in tension tests and for TiN nanocoating by using inverse method. The suggested model takes into account the residual stresses occurring in TiN during deposition process. The numerical experiment was performed for analysis the influence of thickness of coating, residual stress and wave of surface of coating on stress-strain state which decides about capabilities of micro cracks formation.

Słowa kluczowe

PL

nanopowłoka; azotek tytanu; reprezentatywny element objętości; komorowe wspomaganie pracy serca; metoda elementów skończonych; polimer

EN

nanocoating; representative volume element; titanium nitride; ventricular assist device; finite element method; polymer

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 56, nr 11
• Strony: 623--629
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Milenin A.

autor

Kopernik M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Sarna J., Kustosz R., Major R., Lackner J. M., Major B.: Polish Artificial Heart — new coatings, technology, diagnostics. Bull Pol Ac Tech 2010, t. 58, s. 329-335.
• 2. Gawlikowski M., Pustelny T., Kustosz R.: The physical parameters-estimation of physiologically worked heart prosthesis. Journal de Physique 2006, t. 137, s. 73-78.
• 3. Lackner J. M.: Industrially — scaled hybrid pulsed laser deposition at room temperature. Kraków 2005, Orekop.
• 4. Ebner R., Lackner J. M., Waldhauser W., Major R., Czarnowska E., Kustosz R., Lacki P., Major B.: Biocompatibile TiN — based novel nanocrystalline films. Bull Pol Ac Tech 2006, t. 54, s. 167-173.
• 5. Milenin A., Kopernik M.: The multiscale FEM model of artificial heart chamber composed of nanocoatings. Acta of Bioengineering and Biomechanics 2009, t. 11, s. 13-20.
• 6. Milenin A., Kopernik M.: FEM code for the multi‐scale simulation of the stress‐strain state of the blood chamber composed of polyurethane and TiN nanocoating. Computer Methods in Materials Science 2011, t. 11, s. 215-222.
• 7. Milenin A., Kopernik M., Jurkojć D., Gawlikowski M., Rusin T., Darłak M., Kustosz R.: Development and experimental validation of numerical model of blood chamber of ventricular assist device. Acta of Bioengineering and Biomechanics 2011 [w recenzji].
• 8. Kopernik M., Milenin A., Major R., Lackner J. M.: Identification of material model of TiN using numerical simulation of nanoindentation test. Materials Science and Technology 2011, t. 27, s. 604-616.
• 9. Wiklund U., Gunnars J., Hogmark S.: Influence of residua stresses on fracture and delamination of thin hard coatings. Wear 1999, t. 232, s. 262-269.
• 10. Kąc S.: Development of technology for surface modification of polymer and titanium for sustainable risk reduction of blood clotting in long‐term implantable cardiac prosthesis. Chorzów, Oral presentation on Workshop of Polish Artificial Heart Programme 2011.
• 11. Milenin A.: Theoretical analysis of the stress‐strain state in the region of the inclusion of second phase under plastic deformation of two‐phase materials. Russian Metallurgy 1995, t. 2, s. 97-103.
• 12. Milenin A.: Bases of finite element method. Kraków 2010, Akademia Górniczo‐Hutnicza.
• 13. Kopernik M., Milenin A.: The sensitivity analysis of nanoindentation test for specimen composed of TiAlN and TiN using the mathematical model. Steel Research International 2008, t. 79, s. 555-562.