Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

2 Computer Methods in Materials Science

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: pulsed laser deposition (PLD)

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

The new multiscale finite element model of multilayer ventricular assist device

Kopernik M., Milenin A.

Computer Methods in Materials Science

2012

Vol. 12, No. 1

20-36

Ventricular assist device is an artificial organ, which is used to treat heart diseases. In the world, as well as in Poland, efforts are made towards the development of such a device that is biocompatible, durable, low energy consuming, allows monitoring and does not introduce changes to the blood morphology. The review paper discusses the types of ventricular assist devices (VADs), including VADs proposed in Poland. The particular emphasis is put on the numerical modelling and computer aided design of such an artificial organ. The walls of the ventricular assist device are covered with a nanocoating of TiN using modern techniques (Pulsed Laser Deposition) to improve the biocompatibility. The nanocoating modifies the surface properties of the device. Mechanical properties of nanocoating are determined in experimental nanotests and using imaging techniques of nanostructures. However, these tests give average values of properties and this information is not sufficient for advanced designof ventricular assist devices. To eliminate this constraint, the multiscale modelling is applied. Developed solution, which is based on application and combination of methods such as finite element method, multiscale approach and inverse analysis, is presented in the review paper. These methods are helpful in prediction the location of failure zones in the material of the ventricular assist device and then to analyze the local behaviour of nanocoating. Furthermore, it is possible to identify the parameters of the rheological model of nanocoating and introduce the residual stresses into models.

Komora wspomagania pracy serca jest sztucznym narządem, który jest wykorzystywany do leczenia chorób serca. Na świecie, jak i w Polsce, czynione są wysiłki zmierzające do opracowania takiego urządzenia, które jest biokompatybilne, trwałe, zużywa mało energii, pozwala na monitorowanie i nie wprowadza zamian w morfologii krwi. Niniejszy artykuł omawia rodzaje komór wspomagania pracy serca, łącznie z komorą wspomagania zaproponowaną w Polsce. Szczególnie nacisk jest położony na modelowanie numeryczne i komputerowe wspomaganie projektowania takiego sztucznego narządu. Ściany komory wspomagania pracy serca są pokryte nanopowłoką TiN za pomocą nowoczesnych technik (ablacja laserowa) w celu poprawy biokompatybilności. Nanopowłoką modyfikuje własności powierzchniowe takiego urządzenia. Własności mechaniczne nanopowłoki są określane w doświadczalnych nanotestach i za pomocą technik obrazowania nanostruktur. Jednakże, te testy podają średnie wartości własności i taka informacja nie jest wystarczająca dla zaawansowanego projektowania komory wspomagania pracy serca. Aby wyeliminować to ograniczenie, zastosowano modelowanie wieloskalowe. Opracowane rozwiązanie, które jest oparte na zastosowaniu i kombinacji metod takich jak: metoda elementów skończonych, podejście wieloskalowe i analiza odwrotna, zostało przedstawione w artykule. Te metody są pomocne przy przewidywaniu lokalizacji stref uszkodzenia w materiale komory wspomagania pracy serca i potem, aby analizować lokalne zachowanie nanopowłoki. Ponadto, jest możliwa identyfikacja parametrów modelu Teologicznego nanopowłoki i wprowadzenie naprężeń własnych do modeli.

FEM code for the multi - scale simulation of the stress - strain state of the blood chamber composed of polyurethane and TiN nanocoating

Milenin A., Kopernik M.

Computer Methods in Materials Science

2011

Vol. 11, No. 1

215-222

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.

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.