Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Decoupled homogenization of hyperelastic composite with carbon black inclusion

Poręba-Sebastjan Martyna, Kuś Wacław

Computer Methods in Materials Science

|

2020

|

Vol. 20, No. 1

14--21

EN

The goal of the paper is to present the application of decoupled homogenization method to the modeling of hyperelastic composite with inclusions. The method presented in the paper is illustrated by numerical analysis of a trunk door seal. The decoupled homogenization method was used to find macroscale properties of hyperelastic material. The method allows for the determination of the equivalent properties of a composite material based on its structure and the results of numerical experiments. Unlike the coupled method, the results are not transferred in every iteration between scales during computations which leads to lower calculation costs. The analyzed micro model consisted of a hyperelastic matrix and stiff inclusions in the form of spheres of carbon black material. The decoupled procedure uses evolutionary algorithm to obtain macro model material properties. The finite element method is used during analyses of micro scale models.

PL

Celem pracy było zastosowanie metody homogenizacji niesprzężonej do modelowania hipersprężystego kompozytu z wtrąceniami. Metodę przedstawioną w pracy ilustruje analiza numeryczna uszczelki drzwi. Metodę homogenizacji niesprzężonej zastosowano w celu określenia makroskopowych właściwości materiału hipersprężystego. Metoda pozwala wyznaczyć równoważne właściwości materiału kompozytowego na podstawie jego struktury i wyników eksperymentów numerycznych prowadzonych w skali mikro. W przeciwieństwie do metody sprzężonej wyniki nie są przenoszone w każdej iteracji między skalami, co prowadzi do obniżenia kosztów obliczeń. Analizowany mikro model składał się z osnowy z materiału hipersprężystego oraz sztywnych wtrąceń sadzy. Metoda niesprzężona wykorzystuje algorytm ewolucyjny, aby uzyskać właściwości materiału makro. Do analiz numerycznych użyto metody elementów skończonych.

2

Reduction of mechanical wave propagation in a wall made of concrete blocks with rubber filling - a numerical analysis

Major Maciej

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2019

|

Z. 25 (175)

162-167

EN

The paper presents a numerical analysis of the propagation of a disturbance in the form of a mechanical wave caused by a concentrated force applied perpendicular to the plane of the wall fragment analyzed in the work. Numerical tests were carried out on a numerical model of concrete blocks with rubber filling and on hollow concrete blocks, as a reference model. The impact of using concrete-rubber hollow bricks on effective stress values obtained in two time steps was assessed. Stress distributions are presented graphically in two perpendicular cross-sections of the wall (vertical and transverse) at the location of the application of the declared concentrated load. The results obtained are summarized in the table. The rubber used as the filling was modeled as Zahorski's hyperelastic material. A numerical analysis was performed in the ADINA program.

PL

Przedstawiono analizę numeryczną propagacji zaburzenia w postaci fali mechanicznej wywołanej oddziaływaniem, które stanowiła wymuszająca siła skupiona, przyłożona prostopadle do płaszczyzny analizowanego w pracy fragmentu muru. Badania numeryczne przeprowadzono, wykonując model numeryczny z pustaków betonowych z wypełnieniem gumowym oraz z samych pustaków betonowych, z których mur stanowił model referencyjny. Oceniono wpływ zastosowania pustaków betonowo-gumowych na wartości naprężeń efektywnych uzyskanych w dwóch krokach czasowych. Rozkłady naprężeń przedstawiono graficznie w dwóch prostopadłych względem siebie przekrojach muru (pionowym i poprzecznym) w miejscu przyłożenia deklarowanego oddziaływania skupionego. Uzyskane wyniki zestawiono w tabeli. Gumę użytą jako wypełnienie zamodelowano jako hipersprężysty materiał Zahorskiego. Analizę numeryczną wykonano w programie ADINA.

3

The determination of mechanical properties of prosthetic liners through experimental and constitutive modelling approaches

Łagan S., Liber-Kneć A.

Technical Transactions

|

2018

|

Vol. 115, iss. 3

197--209

EN

The aim of the study was the estimation of the ability of hyperelastic material models for the fitting of experimental data obtained in the tensile testing of silicone liners used in lower-limb prosthetics. Three groups of liners were analysed: I – silicone liner, II – part of the liner in which the silicone has a fabric reinforcement, III – silicone liner with an outer covering material. Both longitudinal and circumferential samples were taken. The Neo-Hookean, Mooney-Rivlin and Ogden parameters of constitutive models of hyperelastic materials were calculated.

PL

Celem badań była ocena przydatności modeli materiałów hipersprężystych do dopasowania danych doświadczalnych uzyskanych w próbie rozciągania dla silikonowych linerów ortopedycznych stosowanych w protezach dolnych. Przeanalizowano trzy grupy: I – liner silikonowy, II – liner silikonowy z wewnętrznym wzmocnieniem, III – liner silikonowy z zewnętrznym wzmocnieniem. Wyróżniono dwa kierunki pobrania próbek: podłużny i obwodowy. Zidentyfikowano parametry określonych funkcji modeli konstytutywnych materiałów hipersprężystych: Neo-Hookean’a, Mooney-Rivlin’a i Ogden’a.

4

Experimental testing and constitutive modeling of the mechanical properties of the swine skin tissue

Łagan S. D., Liber-Kneć A.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2017

|

Vol. 19, no. 2

93--102

EN

The aim of the study was an estimation of the possibility of using hyperelastic material models to fit experimental data obtained in the tensile test for the swine skin tissue. Methods: The uniaxial tensile tests of samples taken from the abdomen and back of a pig was carried out. The mechanical properties of the skin such as the mean Young’s modulus, the mean maximum stress and the mean maximum elongation were calculated. The experimental data have been used to identify the parameters in specific strain-energy functions given in seven constitutive models of hyperelastic materials: neo-Hookean, Mooney–Rivlin, Ogden, Yeoh, Martins, Humphrey and Veronda–Westmann. An analysis of errors in fitting of theoretical and experimental data was done. Results: Comparison of load –displacement curves for the back and abdomen regions of skin taken showed a different scope of both the mean maximum loading forces and the mean maximum elongation. Samples which have been prepared from the abdominal area had lower values of the mean maximum load compared to samples from the spine area. The reverse trend was observed during the analysis of the values of elongation. An analysis of the accuracy of model fitting to the experimental data showed that, the least accurate were the model of neo- -Hookean, model of Mooney–Rivlin for the abdominal region and model of Veronda–Westmann for the spine region. Conclusions: An analysis of seven hyperelastic material models showed good correlations between the experimental and the theoretical data for five models.

5

Ekologiczny kompozyt ścienny betonowo-gumowy

Major M., Major I.

Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym

|

2016

|

nr 1(17)

61--66

PL

Przedstawiono analizę numeryczną wpływu impulsu siły działającej na ścianę wykonaną z bloczków betonowych z gumowymi wkładkami. Bloczek betonowy ma zatopione w trakcie realizacji procesu technologicznego wkładki gumowe o odpowiednio dobranym kształcie. Dzięki temu ściana posiada właściwości umożliwiające redukcję impulsu siły działającej prostopadle do jej powierzchni. Impuls siły powoduje powstanie fal mechanicznych, których propagację można zaobserwować, analizując rozkład naprężeń w przekroju poprzecznym ściany. Mierząc wartości naprężeń na powierzchniach czołowych rozpatrywanego modelu ściany, można ocenić skuteczność zastosowanego rozwiązania w porównaniu do ściany bez gumowych wkładek. Analizę numeryczną wykonano w programie ADINA.

EN

Paper presents numerical analysis considering the influence of dynamical force perpendicularly acting on the wall made of concrete blocks with rubber inserts. Concrete blocks during production technology process have rubber inserts with properly adapted shape. According to that, wall properties allow to reduce acting to the wall surface dynamic force impulse. By measuring the stress values on the surface of the analysed wall structure model with rubber inserts, the effectiveness of proposed solution can be examined comparing to the wall made of concrete blocks. Numerical analysis was performed using ADINA software.

6

Patient-specific hemodynamics and stress-strain state of cerebral aneurysms

Ivanov D., Dol A., Polienko A.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2016

|

Vol. 18, no. 2

9--17

EN

Purpose: Approximately 5% of the adult population has one or more cerebral aneurysm. Aneurysms are one of the most dangerous cerebral vascular pathologies. Aneurysm rupture leads to a subarachnoid hemorrhage with a very high mortality rate of 45–50%. Despite the high importance of this disease there are no criteria for assessing the probability of aneurysm rupture. Moreover, mechanisms of aneurysm development and rupture are not fully understood until now. Methods: Biomechanical and numerical computer simulations allow us to estimate the behavior of vessels in normal state and under pathological conditions as well as to make a prediction of their postoperative state. Biomechanical studies may help clinicians to find and investigate mechanical factors which are responsible for the initiation, growth and rupture of the cerebral aneurysms. Results: In this work, biomechanical and numerical modeling of healthy and pathological cerebral arteries was conducted. Patient-specific models of the basilar and posterior cerebral arteries and patient-specific boundary conditions at the inlet were used in numerical simulations. A comparative analysis of the three vascular wall models (rigid, perfectly elastic, hyperelastic) was performed. Blood flow and stress-strain state of the two posterior cerebral artery aneurysm models was compared. Conclusions: Numerical simulations revealed that hyperelastic material most adequately and realistically describes the behavior of the cerebral vascular walls. The size and shape of the aneurysm have a significant impact on the blood flow through the affected vessel and on the effective stress distribution in the aneurysm dome. It was shown that large aneurysm is more likely to rupture than small aneurysm.

7

Numerical, experimental and analytical study on MRE used for vibrating pile hammer efficiency improvement

Kwietniewski M., Miedzińska D., Nguyen H. P., Gieleta R., Osiński J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2015

|

Vol. 73, nr 2

151--156

EN

Purpose: of this paper is a research on Vibratory Pile Hammer (VPH) efficiency improvement with the use of Magnetorheological Elastomer (MRE) controlled with external magnetic field. Design/methodology/approach: The analytical equations are made to describe physical dependence of MRE on VPH work. To describe elastomer properties reduced polynomial model proposed by Oon H. Yeoh was used. The shear tests for Magnetorheological Elastomer of two with different volume of carbonyl-iron particles and its influence on elastomer pillow implemented in VPH were carried out. Tests were carried out in external magnetic field and without it. Numerical analyses were conducted with the use of MSC Software applying Finite Elements Method (FEM). The FE model was built on the experimental boundary conditions. Findings: MRE significantly changes elastic properties under applied magnetic field, what can be used to stiffness and damping properties of the construction control. Research limitations/implications: In further analyses, the test results will be used for the evaluation and selection of MRE regulation system. Practical implications: The presented results were used in modification of Vibratory Pile Hammer to improve its efficiency and a maintain device in resonance. Originality/value: The new application of the phenomenon of MRE stiffness change caused by the variable external magnetic field will allow to keep the mechanical system in resonance.

8

Modeling of human circle of Willis with and without aneurisms

Ivanov D., Dol A., Pavlova O., Aristambekova A.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2014

|

Vol. 16, no. 2

121--129

EN

Purpose: This paper includes results of the first stage of research aimed at the development of recommendations for physicians in order to help them to choose a particular type of cerebral arteries aneurysms treatment. Methods: Recent studies show that the majority of aneurysms develop as a result of hemodynamic and degenerative lesions of the vascular wall. Obviously, such wall damage can be studied using the methods of continuum mechanics and numerical simulations. Biomechanical modelling allows us to study hemodynamic parameters and stress-strain state of these arteries in health and disease, and to formulate practical recommendations for the necessity and reasonable selection of a particular type of cerebral arteries aneurysm treatment. Results: At this stage the realistic geometric models of arterial circle of Willis were built for its normal state and in the presence of aneurysms. The ultrasound analysis of circle of Willis was conducted in order to obtain blood flow parameters and the boundary conditions for carotid and vertebral arteries. Also, the mechanical properties of these arteries were investigated and constants of the Mooney–Rivlin strain energy function were obtained. Conclusions: Thus, the boundary problem describing the behaviour of human Willis circle arteries was stated. Further, this problem will be solved numerically using the finite element method. The numerical results will be analyzed from the point of view of the influence of the mechanical factors on the emergence, growth and rupture of circle of Willis aneurysms.

9

Propagacja płaskiej fali przyspieszenia w cienkim czterosegmentowym pręcie wykonanym z materiałów Murnaghana

Major M., Major I., Różycka J.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska

|

2012

|

z. 59, nr 3/II

389-396

PL

Celem niniejszej pracy jest omówienie przybliżonego zachowania propagacji fal nieciągłości w cienkim pręcie segmentowym o powoli zmieniającym się przekroju poprzecznym (Rys.1). Zagadnienie to w ośrodkach ciągłych stanowi bazę do prowadzenia badań mających na celu szersze poznanie nieliniowych materiałów hipersprężystych. W pracy, zgodnie z przyjętymi założeniami omawiana jest fala słabej nieciągłości, inaczej fala przyśpieszenia (padająca, transmitowana i odbita) propagująca wzdłuż długości przyjętego pręta. Do rozważań przyjęto ściśliwy materiał hipersprężysty określony potencjałem Murnaghana. Zagadnienie propagacji fal w przypadku pręta o zmiennym przekroju poprzecznym zostało przedstawione i omówione szczegółowo w pracach [1] A. Jeffrey’a oraz [2] A. Jeffrey’a i R.P. Gilbert’a, z których wynika m.in., że natężenie fali przyśpieszenia opisuje równanie Bernouliego dla ośrodka o potencjale sprężystym sigma(p) spełniającym warunek sigma3/sigma p3=0, gdzie p jest gradientem przemieszczenia. Niniejsza praca ma na celu omówienie zachowania propagującej się fali przyśpieszenia przechodzącej przez kolejne powierzchnie rozdziału segmentów pręta, przy założeniu powierzchni poprzecznej opisanej funkcją wykładniczą kolejno: rosnącą i malejącą.

EN

The purpose of the present paper is to discuss the issue of discontinuity waves propagation in a segmental rod of slowly varying cross-section area. In the paper, in accordance with the assumptions, the wave of weak discontinuity or acceleration wave (incident, transmitted and reflected) propagating along the length the rod adopted is discussed. The propagation of acceleration waves assumed in the compressible elastic material is determined by Murnaghan’s potential. Numerical analysis was carried out in order to discuss the behaviour of acceleration wave propagating through the subsequent surfaces of the layers contact segment rod, assuming the lateral surface of the exponential function described successively as descending and ascending.

10

Potencjał Murnaghana dla ciała hipersprężystego : wybrane informacje i przykład obliczeniowy propagacji fali przyspieszenia w pręcie

Major M., Major I.

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2012

|

Z. 18 (168)

174--181

PL

Przedstawiono podstawowe informacje dotyczące materiałów hipersprężystych. Omówiono powierzchnię nieciągłości, podając wzór na prędkość propagacji powierzchni oraz omówiono falę słabej nieciągłości. Do analizy numerycznej przyjęto pręt o wolno zmieniającym się przekroju poprzecznym opisany potencjałem Murnaghana. Zamodelowano funkcję opisującą przekrój poprzeczny i wykonano obliczenia propagacji fali przyspieszenia w pręcie wykonanym ze stali. Analiza numeryczna wykazała, że wraz ze wzrostem przekroju pręta intensywność propagującej się fali przyspieszenia maleje.

EN

The paper presents basic information about the hyperelastic materials. Discussed the surface of discontinuity, giving the formula for the speed of propagation of surface and also were discussed waves of weak discontinuities. For numerical analysis assumed rod with slowly changing cross-section, described by Murnaghan potential. Modeled the function describing the cross-section and calculated the acceleration wave propagation speed in a stainless rod. Numerical analysis proves that if the cross-section of the rod grows, the intensity of propagating wave decreases.

11

Preliminary numerical analysis of selected phenomena occurring in a rail fastening system

Szurgott P., Bernyś K.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 4

607-614

EN

The results of numerical analysis of selected phenomena occurring in a rail fastening system were presented in the paper. The study is focused on assessment of the state of displacement and stresses in the rail pad subjected to a moving load. Two finite element models of the considered system were developed. The first one included elementary track segment corresponding to one sleeper. The second FE model consisted of several elementary segments. The number of the track segments was determined independently on the basis of dynamic analysis carried out using LS-DYNA computer code. Essential FE analyses were performed using MSC.Marc/Mentat software. FE model of the elementary segment included 600 mm length rail and a two-side shaped rail pad. The Mooney - Rivlin material model was applied for the polyurethane rail pad. The fastening systems were modelled using spring elements. The vertical and longitudinal spring elements were also applied for the ballast modelling. A case of moving load caused by single vertical force - one axle - was considered in the study. Methodology of moving load simulation in the MSC.Marc software was proposed. The obtained results allowed assessing the total deflection of the rail pad, the state of stress, the load distribution on respective sleepers. Moreover, they gave information about the behaviour of the rail pad under moving load in context of static test described in respective standards.

12

Numerical analysis of a shaped rail pad under selected static load

Szurgott P., Gotowicki P., Niezgoda T.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 1

407-414

EN

Numerical analysis of selected type of the polyurethane rail pad is presented in the paper. A shaped pad with cylindrical-shaped elements in its working section was selected as a representative for the computational simulation. Analysis reflected the experimental test according to the valid standard. The test included loading of the vertical force perpendicular to the foot of the rail. Such test allows determining the static stiffness of the pad. The Mooney - Rivlin material model was selected in the current study. Necessary experimental tests including a uniaxial compression and tension were conducted to provide material constants for the hyperelastic material model applied for the FE model. Simplified FE models of the considered rail pad and the rail were developed. Rounded corners and edges of the cylindrical-shaped elements were omitted, since their modelling required a significant density of the FE mesh. Vertical force perpendicular to the foot of the rail was declared as nodal force distributed evenly along the edges of the selected finite element models Non-linear static analysis was performed using MSC.Marc software with large displacements and deformations taken into consideration. The obtained results allowed estimating deformations and the state of stress in a highly deformed rail pad. The static stiffness of the pad was defined as secant stiffness based on the vertical force - deflection curve.

13

Analiza rozkładu energii odkształcenia z uwzględnieniem tarcia powierzchniowego w pierścieniu wykonanym z materiału o właściwościach hiperelastycznych

Wegner T., Kokot M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 4

133-151

PL

Rozwój technologii informatycznych pozwolił na wprowadzenie do obliczeń inżynierskich na masową skalę programów wykorzystujących metodę elementów skończonych MES do symulowania zachowania się elementów maszyn, urządzeń mechanicznych oraz zjawisk fizycznych. Głównym problemem ich zastosowania w przypadku analizy tarcia powierzchniowego jest to, że w większości są przeznaczone tylko do obliczeń materiałów o właściwościach liniowych. To zjawisko ma szczególne znaczenie przy obliczeniach materiałów hiperelastycznych, do których należy również guma. Jest ona dzisiaj masowo wykorzystywana w różnych dziedzinach techniki. Zjawisko tarcia ma bezpośredni wpływ na odkształcanie się przedmiotów wykonanych z materiałów hiperelastycznych. Do obliczeń tych materiałów zastosowano metodę energetyczną, wykorzystującą element skończony o nieliniowych właściwościach modelowany energetycznie oraz oryginalny algorytm iteracyjny nazwany metodą relaksacji lokalnej. W artykule przedstawiono zastosowanie metody energetycznej do wyznaczenia odkształceń pierścienia gumowego z uwzględnieniem zjawiska tarcia powierzchniowego. Oprócz otrzymanych deformacji danego elementu przedstawiono również wyniki obliczeń dyssypacji energii spowodowanej pracą sił tarcia oraz rozkłady energii odkształcenia postaciowego i objętościowego w poszczególnych warstwach odkształcanego pierścienia.

EN

The information technology development improved engineering calculations by global spread of finite element method FEM to simulate behaviour of machine elements, mechanical devices and physical phenomena. The main problem of using it in case of superficial friction phenomenon is that in most cases its main purpose is to calculate materials of linear properties. This phenomenon is especially important for calculations of hyperelastic materials which include rubber. Nowadays, it is widely used in technology. Friction directly influences on deformations of objects made from hyperelastic materials. Energy method has been used for materials’ calculations by means of energy-based finite element of non-linear features, and iterative algorithm, named the local relaxation method. This paper presents the application of energy method for rubber ring deformations assignment including the superficial friction phenomena. Besides the observed deformations of examined element, there have been also presented the results of energy dissipation caused by friction forces work and the energy density distribution of volumetric and deviatoric strain in particular layers of the deformed ring.

14

Jednoosiowy stan naprężeń w hipersprężystym materiale Zahorskiego oraz Mooneya-Rivlina i neo-Hookeana : porównanie

Major M., Major I., Kwiatkowski T.

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2011

|

Z. 17 (167)

129-133

PL

W pracy przeprowadzono obliczenia dla jednoosiowego rozciągania w hipersprężystym materiale Zahorskiego. Uzyskane wyniki porównano graficznie z wartościami dla powszechnie stosowanych materiałów Mooneya-Rivlina oraz neo-Hookeana.

EN

In this paper there are calculations for the uniaxial stretch in the hyperelastic Zahorski material. Graphically the results obtained were compared with values for commonly used materials Mooney-Rivlin and neo-Hookean.

15

Gumopochodne materiały hipersprężyste : omówienie i kryteria praktycznego zastosowania

Major M., Różycka J.

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2011

|

Z. 17 (167)

134-145

PL

W niniejszej pracy dokonano przeglądu gumopochodnych materiałów hipersprężystych. Podano związki konstytutywne opisujące ich zachowanie oraz kryterium praktycznego zastosowania. Przedstawiono również wybrane programy numeryczne wykorzystujące modele materiałów hipersprężystych.

EN

This paper presents the review of rubberlike hyperelastic materials, their constitutive relations describing their behaviour and the criterion of practical application. It also contains some numerical programs which use hyperelastic materials models.

16

Influence of a surface friction on the deformation process of ring made of nonlinear properties material

Wegner T., Kokot M.

Journal of KONES

|

2010

|

Vol. 17, No. 1

465-478

EN

The paper presents application of an energy-based finite element and a local relaxation method to computer calculation of deformation of a ring made of hyperelastic material. The present study considers a surface friction mechanism. This mechanism is a physical phenomenon counteracting the relative motion of the contacting bodies. Friction causes loss of energy the dissipation of which is a result of wearing out of the bodies' surfaces and heat emission. This directly affects the shape of the deformed body. The above statements are confirmed by the results of computer calculation performed for rubber ring with rectangular cross-section. Rubber is a nearly incompressible material and, therefore, requires application of special mechanical models of the material properties as well as proper calculation methods. Implementation of energy-based finite element and local relaxation method enables studying the ring deformation with consideration of nonlinear properties of rubber and its displacements in the platering contact plane, according to the value of a friction coefficient between rubber and the plate material. Application of energy method resulted in determination of the work of friction forces and the energy density distribution of volumetric and deviatoric strain. It also simplified energy analysis of the surface friction mechanism and influence of the friction coefficient value on the process of the ring deformation.