Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Experimental verification of two component implant optimization results in context of fatigue life

Szajek K., Wierszycki M., Topoliński T., Łodygowski T.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2017

|

Vol. 19, no. 2

166--171

PL

W artykule przedstawiono weryfikację zoptymalizowanego implantu zębowego w kontekście wytrzymałości zmęczeniowej przy pomocy testów laboratoryjnych. Optymalne rozwiązanie otrzymano przy zastosowaniu modelu numerycznego metodą elementów skończonych oraz strategii łączącej algorytm genetyczny z procedurą Hooke-Jeeves. Dla projektu bazowego oraz ulepszonego rozwiązania przeprowadzono serię testów na maszynie Instron 8874 używając metody Locati przyśpieszonego badania zmęczeniowego. Prezentowane badania są weryfikacją efektywności przyjętej strategii optymalizacji. Z powodu zastosowanej metodologii badań eksperymentalnych, efekty optymalizacji poddano tylko porównaniu jakościowemu.

EN

In this paper the verification of the optimal dental implant design is presented. It is focused on fatigue fracture and is carried out with experimental tests. The optimal design was obtained with an optimization strategy using finite element model and genetic algorithm hybridized with Hooke-Jeeves technique. The fatigue tests of the prototype and initial designs of dental implants have been performed on Instron 8874 testing system using Locati method of an accelerated fatigue testing. The presented studies are excepted to verified the effectiveness of optimization strategy. Due to used methodology for experimental verification only qualitative effects of the optimization are compared. The work is a part of long term project under the grant R13 0020 06 “Development and preparation of dental implant prototypes”.

2

Numerical verification of two-component dental implant in the context of fatigue life for various load cases

Szajek K., Wierszycki M.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2016

|

Vol. 18, no. 1

103--113

EN

Purpose: Dental implant designing is a complex process which considers many limitations both biological and mechanical in nature. In earlier studies, a complete procedure for improvement of two-component dental implant was proposed. However, the optimization tasks carried out required assumption on representative load case, which raised doubts on optimality for the other load cases. This paper deals with verification of the optimal design in context of fatigue life and its main goal is to answer the question if the assumed load scenario (solely horizontal occlusal load) leads to the design which is also “safe” for oblique occlussal loads regardless the angle from an implant axis. Methods: The verification is carried out with series of finite element analyses for wide spectrum of physiologically justified loads. The design of experiment methodology with full factorial technique is utilized. All computations are done in Abaqus suite. Results: The maximal Mises stress and normalized effective stress amplitude for various load cases are discussed and compared with the assumed “safe” limit (equivalent of fatigue life for 5e6 cycles). Conclusions: The obtained results proof that coronial-appical load component should be taken into consideration in the two component dental implant when fatigue life is optimized. However, its influence in the analyzed case is small and does not change the fact that the fatigue life improvement is observed for all components within whole range of analyzed loads.

3

Optymalizacja konstrukcji półskorupowej z uzyciem algorytmu genetycznego

Łodygowski T., Szajek K., Wierszycki M.

Górnictwo Odkrywkowe

|

2010

|

R. 51, nr 3

88-92

PL

Elementy powłokowe wzmacniane podlużnicami oraz wręgami, ze względu na mały ciężar w stosunku do nośności, są bardzo często stosowane w przemyśle lotniczym. Podstawowa zaleta jaką jest duża współpraca elementów powłokowych i prętowych powoduje jednocześnie trudności w ich projektowaniu. W artykule opisano optymalizację półskorupowej konstrukcy z wykorzystaniem algorytmu gentycznego. Podstawowym celem optymalizacji była redukcja masy przy ograniczeniach naprę żeniowych i stateczności powłoki.

EN

The semi-monoco\que structure is very often used in the aerospace industry. The key advantage of this kind of structure n a łow weight of it in relation to load capacity. However, the particular characteristic of semi-monocoque structure - cooperatiot between frame andstressed skin is simultaneously a source ofkey disadvantage of it. This paper describes the design optimization semi-monocoque using genetic algorithm. The primary objective of optimization is reduction of weight and key limitation is local stability of the skin. Authors discuss used optimization algorithm and numerical models. The focus is on optimization procedures.

4

Optimization of dental implant using genetic algorithm

Łodygowski T., Szajek K., Wierszycki M.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2009

|

Vol. 47 nr 3

573-598

EN

The subject of the present work is optimization of the modern implant system Osteoplant, which was created and is still developed by Foundation of University of Medical Sciences in Poznań. Clinical observations point to the occurrence of both early and late complications in the case of all two-component implant systems. In many cases, these problems are caused by mechanical fractures of the implants themselves. The obtained results of the previous studies focused on necessary changes of the implant mechanical behavior, which helped to achieve the required long-term strength. However, modifications of the present dental implant system are not obvious. In this paper, an optimization of the Osteoplant dental implant system, with the use of FEA and genetic algorithms is discussed.

PL

Przedmiotem prezentowanej pracy jest problem optymalizacji systemu implantologicznego Osteoplant, który został opracowany i wciąż jest ulepszany przez Fundację Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu. Obserwacje kliniczne potwierdzają występowanie powikłań zarówno we wczesnej, jak i późnej fazie użytkowania implantu. Dotychczas otrzymane wyniki wskazują, że wydłużenie bezawaryjnego okresu użytkowania implantu wymaga wprowadzenia zmian w jego pracy mechanicznej. Jednakże, ustalenie szczegłów modyfikacji nie jest oczywiste. W artykule została opisana procedura optymalizacji systemu implantologicznego Osteoplant z użyciem analizy metodą elementów skończonych oraz algorytmu genetycznego.

5

Numeryczna analiza wytrzymałościowa wszczepów uzębienia

Wierszycki M., Łodygowski T.

Przegląd Mechaniczny

|

2008

|

nr 10

38-44

PL

W leczeniu ubytków uzębienia z zastosowaniem tytanowych implantów stomatologicznych obserwuje się powikłania o charakterze mechanicznym. Celem analiz numerycznych implantów z zastosowaniem MES było określenie przyczyny występowania powikłań oraz zaproponowanie rozwiązań pozwalających na ich unikanie, możliwych do zastosowania w praktyce stomatologicznej oraz w procesie projektowania implantów.

EN

Various mechanical complications can be obsen/ed in a treatment technique performed with the use of titanium implants. The main goal of the presented study was to find out the reasons of the complications and to suggest how to avoid them. Complex FE analysis proced:"res, which can be used in dental implants designing and manufacturing processes, were devised. The practical conclusions and recommendations for dental surgeons were formulated as well.

6

The kinematic and stiffness analysis of the human lumbar L4-L5 spinal segment with stabilization

Araszkiewicz M., Kąkol W., Łodygowski T., Topoliński T., Wierszycki M.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2006

|

z. 26

13-18

EN

The FEA modeling and experimental investigation of the human lumbar spinal segment with stabilization system are presented. For numerical simulations the geometry data of the vertebrae is acquired from the Computer Tomography measuring. The mechanical properties of tissues are assumed as nonlinear and hyperelastic. Experimental investigation is carried out on a new stabilization system. The aim of the study is to identify the influence of the stabilization fixator on change in kinematics and stiffness of the human lumbar spinal segment.

7

Numerical complexity of selected biomechanical problems

Wierszycki M., Kąkol W., Łodygowski T.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2006

|

Vol. 44 nr 4

797-818

EN

The paper describes various aspects of numerical modeling of biomechanical problems by the finite element method. The authors would like to present what they mean by the numerical complexity of modeling of biomechanical problems. The attention is focused on numerical simulation of dental implants and human lumbar spine motion segment (L4-L5). In both cases, acquisition and creation of geometry, number of DOFs, combining different types of elements, properties of the material, contact definitions, loads and boundary conditions are difficult tasks. The acquisition of geometric data of living body parts can be realized only by using noninvasive techniques like NMR or CT. The processing of these data requires specialized software and methods. The methodologies of defining mechanical parameters of human tissues are usually inaccurate and have to be used in practice on living people very carefully. The constitutive data in literature are usually grossly inconsistent. In numerical simulations, custom material formulations and modeling techniques should be used. It is difficult to describe real-world loads and boundary conditions since both are very complex and changing. Load scheme models are global and force values are very difficult to obtain. Boundary conditions are necessarily very simplified but they should reflect specific biological behaviors and conditions. Nevertheless, the numerical simulation by means of the finite element method can be helpful and useful during solving biomechanical problems like fatigue analysis of dental implants or estimating the stiffness of human lumbar spine segment.

PL

Praca opisuje wybrane aspekty modelowania numerycznego z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES) zagadnień biomechaniki. Autorzy starają się podkreślić złożoność takiej analizy MES. Uwagę skupiono na dwóch przykładach: analizie wszczepu stomatologicznego oraz ruchomości segmentu kręgosłupa ludzkiego (L4-L5). W obu analizowanych i modelowanych przypadkach odtworzenie geometrii, liczba typów elementów i stopni swobody modeli, przyjęcie modeli i właściwości konstytutywnych materiałów biologicznych, definicje problemów kontaktowych czy warunków początkowo-brzegowych stanowią o poziomie trudności podejmowanych zadań. Pokonanie wymienionych trudności, a co za tym idzie zbudowanie modeli numerycznych odtwarzających zachowanie się rzeczywistych elementów biomechanicznych jest przedmiotem podejmowanej w pracy dyskusji. Pomimo tej złożonościzadań, zastosowanie MES do oceny zachowania się implantów bądź segmentu ruchowego prowadzi do wystarczająco zgodnej z eksperymentem oceny trwałości implantów lub sztywności segmentów kręgosłupa.

8

Fatigue algorithm for dental implant

Wierszycki M., Kąkol W., Łodygowski T.

Foundations of Civil and Environmental Engineering

|

2006

|

No. 7

363-380

EN

Restorations with the application of implants are effective and commonly used in dental treatment. The computer simulation of implant fatigue life employing FEA is considered in the paper. For the simulation of implant structure behavior a 3D model including a spiral thread is applied, which allows for the full simulation of the kinematics of the implant, describing the multiaxial state of stress and, in consequence, the possibility of screw loosening. The cyclic scheme of the physiological occlusal loading and fatigue changes of dental material, bone loss phenomenon and changeability of boundary conditions are investigated. The valuable results for fatigue life which may be applied in modern prosthodontics are presented.

9

Three-dimensional nonlinear finite element model of the human lumbar spine segment

Lodygowski T., Kąkol W., Wierszycki M., Ogurkowska M.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2005

|

Vol. 7, nr 2

17-28

EN

The objective of this paper is a three-dimensional modelling of vertebral segment (L4-L5), which can be used for numerical simulation of surgery, analysis of spinal equilibrium and stability. Because of the extreme complexity of finite element modelling we propose to carry out analyses on the simplified model. The geometry of vertebrae is known due to the computer tomography (CT) or nuclear magnetic resonance (NMR). CAD model is built and then imported into FEA program. The model under consideration, i.e. the model of spinal segment, consists of two bones and an intervertebral disc. The mechanical properties of tissues, boundary/interaction conditions and loadings accepted for computations are based on the literature and our own studies. The simplified model was proposed, developed and validated for several loading schemes, including axial compression, bending and torsion.

10

Three-dimensional nonlinear finite element model of lumbar intervertebral disc

Lodygowski T., Kąkol W., Wierszycki M., Ogurkowska M.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2005

|

Vol. 7, nr 2

29-37

EN

The main objective of this study is to model a three-dimensional nonlinear finite-element vertebra disc, which can be used in further simulation of human lumbar spinal segments in surgery, analyses of spinal equilibrium and stability. Because of complexity of modelling it is proposed to cary* out analyses on the simplified model built in such a way that the nonlinear response of the disc is replaced by a spring-type behaviour whose characteristics are obtained by computer simulations of an isolated disc. The geometry data of a human lumbar spinal segment, including a disc, is acquired from the computer tomography or magnetic nuclear resonance measurements, and a CAD model is designed and imported into FEA program. The simplified model was validated for loading schemes, including axial compression, bending and torsion acting on the spinal L4-L5 segment. Two models of intervertebra disc are shown and theirs advantages and accuracy are discussed.

11

Analiza numeryczna ceglanej kopuły zabytkowego kościoła

Łodygowski T., Wierszycki M.

Inżynieria i Budownictwo

|

2002

|

R. 58, nr 7

352-356

PL

W analizie uwzględniono charakterystykę geometryczną kopuły uzyskaną na podstawie pomiarów geodezyjnych. Szczególną uwagę zwrócono na modelowanie elementów kopuły murowanej, wykazujących rysy i pęknięcia. Przeprowadzona analiza umożliwiła jakościową ocenę zachowania się konstrukcji.

EN

The geometric characteristic of the cupola after geodetic measurement was settled and used in the analysis. In modelling the cupola special attention was paid to existing cracks and fractures of construction. The analysis done gave chance to elaborate qualitative estimation of safety for the construction analysed.