Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

1 Computer Methods in Materials Science

1 2012

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Growth of solid bodies in the framework of shape and topology optimization

Ganghoffer J. -F., Sokolowski J.

Computer Methods in Materials Science

2012

Vol. 12, No. 1

9-19

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.

W pracy wprowadza się nowe, quasi-statyczne ujęcie opisu wzrostu ciała stałego w celu opracowania nowych technik optymalizacji kształtu i topologii. Wprowadzono opis wzrostu jaki obserwujemy przy powstawaniu jednocześnie sztywnych i lekkich struktur biologicznych, z wykorzystaniem technik zaczerpniętych z teorii optymalizacji kształtu i topologii. Rozważono struktury szkieletowe z twardego materiału, stanowiące konstrukcję nośną materiału słabego. Proces wzrostu dotyczy szkieletu i polega na pojawianiu się w słabym materiale obszarów zbudowanych z materiału twardego oraz na powiększaniu się obszaru zajmowanego przez ten materiał. Tą ewolucję opisujemy wzdłuż linii czasu. Zatem podobszar wypełniony słabym materiał jest źródłem składnika potrzebnego do wzrostu szkieletu. Zakładamy, że obszary wypełnione twardym materiałem pojawiające się w obszarze słabym maja formę kul o małych promieniach i lokalizacja ich zarodkowania wynika z warunku minimalizacji zastępczej sztywności szkieletu. Położenie nowego obszaru zbrojenia materiałem twardym jest wyznaczane przez rozwiązanie zadania minimalizacji pochodnej topologicznej zastępczej sztywności szkieletu. W ten sposób otrzymuje się model wzrostu szkieletu z możliwością generacji nowych składników szkieletu poprzez optymalizację jego topologii jako podobszaru fazy słabej. Wzrost szkieletu przy zadanej topologii odbywa się zgodnie z prawem wzrostu podlegającym zasadzie zachowania masy ze źródłem o stałej wydajności. Otrzymany model matematyczny procesu wzrostu wykorzystuje technikę optymalizacji kształtu i topologii do wyznaczenia kształtu struktury poprzez minimalizację jej sztywności przy zmianie topologii szkieletu. W celu zastąpienia osobliwych zaburzeń obszaru całkowania przy zarodkowaniu nowych składników szkieletu przez zaburzenia nieosobliwe, w optymalizacji topologii ciała można wiec stosować znaną technikę dekompozycji obszaru całkowania i operator Steklova-Poincare. Z matematycznego punktu widzenia praca dotyczy modelu quazistatycznego ciała sprężystego o zmiennej geometrii. Zmiany geometrii podlegają optymalizacji kształtu i topologii ze względu na funkcjonał jakości jakim jest sztywność konstrukcji w każdym kroku czasowym rozpatrywanego okresu wzrostu.