Zagadnienia materiałowe programu Polskie sztuczne serce.

Podobne dokumenty
Rola badań naukowych we wspomaganiu projektowania sztucznej komory serca

PRZYKŁADY ROZWIĄZAŃ MES. Piotr Nikiel

Propozycje tematów prac magisterskich dla studentów planujących obronę w roku akademickim 2016/2017 lub w latach późniejszych.

Materiały do laboratorium Przygotowanie Nowego Wyrobu dotyczące metody elementów skończonych (MES) Opracowała: dr inŝ.

Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polska Akademia Nauk

BADANIA PÓL NAPRĘśEŃ W IMPLANTACH TYTANOWYCH METODAMI EBSD/SEM. Klaudia Radomska

Autoreferat. 1. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej

Patrycja Król 2gs2 Gim. Nr 39 w Warszawie

Stan odkształcenia i jego parametry (1)

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

Zasady projektowania systemów stropów zespolonych z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi. 14 czerwca 2011 r.

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

Wpływ temperatury podłoża na właściwości powłok DLC osadzanych metodą rozpylania katod grafitowych łukiem impulsowym

MODELOWANIE WIELOSKALOWE GRADIENTOWYCH KOMPOZYTÓW WŁÓKNISTYCH

Recenzja rozprawy doktorskiej Pani mgr Neonily Levintant-Zayonts p.t. Wpływ implantacji jonowej na własności materiałów z pamięcią kształtu typu NiTi.

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

WPŁYW NAPRĘśEŃ WŁASNYCH NA GEOMETRYCZNE INPERFEKCJE WAŁU KORBOWEGO W TRAKCIE PROCESU OBRÓBKI MECHANICZNEJ CZĘŚĆ II

PODSTAWY SKRAWANIA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

LINK DO STRONY PROJEKTU: Nanostrukturalne materiały dla biomedycznych systemów układu krążenia (CardioBioMat)

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.5

DWUTEOWA BELKA STALOWA W POŻARZE - ANALIZA PRZESTRZENNA PROGRAMAMI FDS ORAZ ANSYS

Adres do korespondencji: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, ul. Reymonta 25

MODELOWANIE PROCESU FORMOWANIA SIĘ SZYJKI W WALCOWEJ PRÓBCE ROZ- CIĄGANEJ

I. Temat ćwiczenia: Definiowanie zagadnienia fizycznie nieliniowego omówienie modułu Property

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

Nowoczesne narzędzia obliczeniowe do projektowania i optymalizacji kotłów

ZASTOSOWANIE METOD OPTYMALIZACJI W DOBORZE CECH GEOMETRYCZNYCH KARBU ODCIĄŻAJĄCEGO

Modelowanie numeryczne procesu gięcia owiewki tytanowej

Komputerowe wspomaganie projektowania- CAT-01

(total artificial heart overview 10 min) Implanty i Sztuczne Narządy Piotr Jasiński

SYMULACJA NUMERYCZNA PROCESU CIĘCIA CIENKICH BLACH NA GILOTYNIE ŁUKASZ BOHDAL, LEON KUKIEŁKA

OKREŚLENIE PARAMETRÓW MATERIAŁOWYCH KOŚCI BELECZKOWEJ NA PODSTAWIE SYMULACJI NA POZIOMIE MIKROSKOPOWYM

IDENTYFIKACJA I ANALIZA PARAMETRÓW GEOMETRYCZNYCH I MECHANICZNYCH KOŚCI MIEDNICZNEJ CZŁOWIEKA

OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI WZMOCNIEŃ ELEMENTÓW NOŚNYCH MASZYN I URZĄDZEŃ

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

Optymalizacja konstrukcji wymiennika ciepła

Pierwsze komputery, np. ENIAC w 1946r. Obliczenia dotyczyły obiektów: o bardzo prostych geometriach (najczęściej modelowanych jako jednowymiarowe)

Wybrane problemy numerycznej symulacji trójpunktowego zginania próbek z kości korowej

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów

Materiały magnetyczne SMART : budowa, wytwarzanie, badanie właściwości, zastosowanie / Jerzy Kaleta. Wrocław, Spis treści

EKSPERYMENTALNE ORAZ NUMERYCZNE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH PRÓBEK OPONY SAMOCHODU TERENOWEGO- ANALIZA PORÓWNAWCZA

Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt zespolonych z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja

MODELOWANIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ O ZMIENNEJ TWARDOŚCI

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

[ P ] T PODSTAWY I ZASTOSOWANIA INŻYNIERSKIE MES. [ u v u v u v ] T. wykład 4. Element trójkątny płaski stan (naprężenia lub odkształcenia)

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH UKŁADÓW POWŁOKA PODŁOŻE Z UŻYCIEM METODY INDENTACJI Z WYKORZYSTANIEM WGŁĘBNIKÓW O RÓŻNEJ GEOMETRII

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

SYMULACJA OBLICZENIOWA OPŁYWU I OBCIĄŻEŃ BEZPRZEGUBOWEGO WIRNIKA OGONOWEGO WRAZ Z OCENĄ ICH ODDZIAŁYWANIA NA PRACĘ WIRNIKA

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

pt.: KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(89)/2012

Wytwarzanie techniką ablacji laserowej powłok na bazie Ti na podłożu polimerowym

Połączenie wciskowe do naprawy uszkodzonego gwintu wewnętrznego w elementach silnika

MODELOWANIE I BADANIA EKSPERYMENTALNE PĘKANIA CIENKICH POWŁOK CERAMICZNYCH I WĘGLOWYCH

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

PROJEKT METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

BADANIE DRUTÓW ORTODONTYCZNYCH W ASPEKCIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ROZCIĄGANIE

FLAC Fast Lagrangian Analysis of Continua

Metoda cyfrowej korelacji obrazu w badaniach geosyntetyków i innych materiałów drogowych

ANLIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA MES STABILIZACJI KOŚĆI PISZCZELI METODĄ ZESPOL Z UWZGLĘDNIENIEM WŁASNOŚCI ORTOTROPOWYCH KOŚCI

Analiza stateczności zbocza

Modelowanie i analiza numeryczna procesu wykrawania elementów o zarysie krzywoliniowym z blach karoseryjnych

2.1.M.06: Modelowanie i wspomaganie komputerowe w inżynierii powierzchni

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

ANALIZA NUMERYCZNA PROCESU NAGRZEWANIA SIĘ TARCZY HAMULCOWEJ PODCZAS HAMOWANIA

Modelowanie i symulacja zagadnień biomedycznych PROJEKT BARTŁOMIEJ GRZEBYTA, JAKUB OTWOROWSKI

AKTUALNE OPŁATY ZA WARUNKI Tylko dla studentów I roku 2018/2019 OPŁATY ZA WARUNKI Z POSZCZEGÓLNYCH PRZEDMIOTÓW

Analiza płyt i powłok MES

FATIGUE LIFE OF ADHESION PLASTICS

Optymalizacja konstrukcji pod kątem minimalizacji wagi wyrobu odlewanego rotacyjnie studium przypadku. Dr inż. Krzysztof NADOLNY. Olandia

PL B1. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL

Integracja wirtualnego laboratorium z platformą e-learningową

KSZTAŁTOWANIE KLIMATU AKUSTYCZNEGO PROJEKTOWANYCH STANOWISK PRACY Z WYKORZYSTANIEM NARZĘDZI WSPOMAGAJĄCYCH

Aparatura do osadzania warstw metodami:

Rys Przykładowe krzywe naprężenia w funkcji odkształcenia dla a) metali b) polimerów.

Modelowanie, sterowanie i symulacja manipulatora o odkształcalnych ramionach. Krzysztof Żurek Gdańsk,

Wpływ warunków górniczych na stan naprężenia

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

WSPÓŁCZYNNIK GOTOWOŚCI SYSTEMU LOKOMOTYW SPALINOWYCH SERII SM48

UMOWA nr 1/2015/AUDYT

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

MIKROSTRUKTURALNA ANALIZA MECHANIZMÓW ZUŻYCIA POWŁOK MONO- I WIELOWARSTWOWYCH BAZUJĄCYCH NA SKŁADZIE TiN i a-c:h

DOBÓR OPTYMALNEJ GRUBOŚCI PŁYTKI STABILIZUJĄCEJ WYKORZYSTYWANEJ W METODZIE NUSSA

Zmęczenie Materiałów pod Kontrolą

ANALIZA BELKI DREWNIANEJ W POŻARZE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Estymacja wektora stanu w prostym układzie elektroenergetycznym

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

ROZCHODZENIE SIĘ POWIERZCHNIOWYCH FAL LOVE A W FALOWODACH SPREśYSTYCH OBCIĄśONYCH NA POWIERZCHNI CIECZĄ LEPKĄ (NEWTONOWSKĄ)

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

Symulacja procesu wtrysku - Obudowa miernika

POMYSŁ TECHNICZNEGO ROZWIĄZANIA PRZENOŚNEGO STOŁU TRENINGOWEGO DO ĆWICZEŃ Z UŻYCIEM INSTRUMENTARIUM ENDOSKOPOWEGO DLA SZEŚCIU OPERATORÓW

METODOLOGIA ANALIZY DANYCH DOŚWIADCZALNYCH PROPAGACJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH W WARUNKACH OBCIĄŻEŃ Z PRZECIĄŻENIAMI

Transkrypt:

Zagadnienia materiałowe programu Polskie sztuczne serce. Modele reologiczne nanomaterialów do zastosowania w sztucznych komorach prof. dr hab. inŝ. Andrzej Milenin B5, 7 E-mail: milenin@agh.edu.pl Literatura. http://www.sztuczneserce.pl/polskie_sztuczne_serce.html. Wieloskalowy model komory wspomagania POLVAD : zagadnienie modelowania ściany komory PU/TiN z wykorzystaniem oprogramowania własnego / Andryj MILENIN, Magdalena KOPERNIK // Biuletyn / Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi. Biuletyn wydawany w ramach programu,,polskie Sztuczne Serce. S. 4. Bibliogr. s. 4. A.Milenin Podstawy MES, zagadnienia termomechaniczne, AGH,. 4. Milenin, A.; Kopernik, M. Multiscale FEM model of artificial heart chamber composed of nanocoatings //ACTA OF BIOENGINEERING AND BIOMECHANICS (): p - 9 (http://home.agh.edu.pl/~milenin/stronapracownimilenin/publications/papersinjournals/art Milenin_g.pdf) 5. Kopernik, M.; Milenin, A.; Major, R.; Lackner, J., M. Identification of material model of using numerical simulation of nanoindentation test // Materials Science and Technology DOI:.79/678X75655769 http://www.ingentaconnect.com/content/maney/mst/pre-prints/mst9 6. http://www.home.agh.edu.pl/~milenin/ Plan prezentacji. Wprowadzenie.. Motywacja badania własności mechanicznych nanomaterialów do zastosowania w sztucznych komorach.. Podstawy mechaniki nieliniowej. 4. Podstawy MES. 5. Analiza odwrotna. 6. Modeli wieloskalowe. Wieloskalowy model komory wspomagania serca POLVAD. 7. Przykład modelowania ściany komory PU/TiN. 8. Podsumowanie.. Wprowadzenie. "Ze względu na prowadzony tryb Ŝycia i sposób odŝywiania oraz moŝliwość wystąpienia powikłań pogrypowych kaŝdemu z nas moŝe przydarzyć się nieodwracalna niewydolność mięśnia sercowego. Wówczas jedynym ratunkiem staje się transplantacja. Niestety tylko co pacjent ma na nią szansę (brak dawców). Pozostali muszą umrzeć. Jedynym wyjściem moŝe być jak najszybsze wdroŝenie do praktyki klinicznej w pełni implantowalnego sztucznego serca..." Prof. Zbigniew Religa, ZałoŜyciel Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii

POLVAD pozaustrojowe komory wspomagania serca Zagadnienia do modelowania matematycznego Membrana wielowarstwowa Pierścień zastawki Dysk zastawki Zjawiska związane z: - przepływem krwi parametry globalne przepływu, turbulencje - zachowaniem krwi jako medium wielofazowego skrzepy, hemoliza krwi, agregacja czerwonych krwinek - mechaniczne własności wielowarstwowego układu materiałów w tym nanopowłok, - biozgodność trwała obecność Ŝywych komórek na powierzchni materiału syntetycznego, - technika nanoszenia powłok. Części twarde komory komora Zastawka trójpłatkowa geometria komory i zastawki zastawka dobór typu zastawki. Motywacja badania własności mechanicznych nanomaterialów do zastosowania w sztucznych komorach. Zabezpieczenie powierzchni protezy przed wykrzepianiem. Materiał protezy: poliuretan; Materiał powłoki na bazie: węgla diamentopodobnego, Ti, TiN, TiO ; MoŜliwe problemy: rozwarstwienie; Metoda rozwiązania: optymalizacja formy komory oraz parametrów warstwy (grubości). Narzędzie do optymalizacji: model numeryczny. Problemy: -Rozwarstwienie; -Pękanie. Pulsed Laser Deposition of Thin Films, edited by Douglas B. Chrisey and Graham K. Hubler, John Wiley & Sons, 994 Model wszczepialnej, pneumatycznej komory wspomagania serca POLVAD-IMPL z zastosowaniem modyfikacji powierzchni kontaktu z krwią i tkankami poprzez naniesienie nanowarstwy azotku tytanu metodą ablacji laserowej (Pulsed Laser Deposition -PLD). http://www.sztuczneserce.pl/polskie_sztuczne_serce.html * Biuletyn / Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi. Biuletyn wydawany w ramach programu,,polskie Sztuczne Serce. S. 4. ** Kopernik, M.; Milenin, A.; Major, R.; Lackner, J., M. Identification of material model of using numerical simulation of nanoindentation test // Materials Science and Technology DOI:.79/678X75655769

Mechaniczne własności wielowarstwowego układu materiałów złoŝonych z nanopowłok Dla próbki wielopowłokowej wynik doświadczalny ma postać: Schemat doświadczenia do pomiaru własności nanopowłok. PRÓBA WCISKANIA WGŁĘBNIKA Odcisk w materiale wykonany wgłębnikiem Berkovicha Próbka wielopowłokowa widok z boku siła, mn 5 5 5 4 6 8 przemieszczenie, nm Aby wyznaczyć własności powłok wewnętrznych naleŝy zbudować model matematyczny doświadczenia i określić własności powłok wewnętrznych.. Podstawy mechaniki nieliniowej. ZaleŜnie od własności materiału powłoki wyniki doświadczalne mogą wyglądać następująco: Wgłębnik Próbka Teoria spręŝysto - plastycznych odkształceń ZałoŜenia: - Wartości odkształceń spręŝystych i plastycznych są bliski - Odkształcenie objętościowe jest spręŝyste - ObciąŜenie jest monotoniczne i proste - Wartości odkształceni są małe Fizyczne zasady: Wynik Na podstawie otrzymanego wyniku doświadczalnego wyznaczane są własności mechaniczne próbki jednopowłokowej np. twardość, moduł spręŝysto-plastyczny, które określają przydatność analizowanego materiału do określonych zastosowań.

Stan napręŝeń δ = = = δ + s, =, i j i= j ( + + ) δ = i = 6 + ( ) + ( ) + ( ) + ( + ) Stan odkształceń = = δ+ e = δ = (?) = δ + e ( ) + ( ) + ( ) + 6( + ) i = x y y z z x xy yz + zx Związek napręŝeń i odkształceń Modelowanie odpręŝenia ( ) ( ) = δ + ( δ ) = kv ( + ν) k V E = ( ν ) ( ) ( + ν) xx = k V + xx ( ) = E e < p = p+ E p p xy ( ) xy ( ν) = +

Model matematyczny doświadczenia 4. Podstawy MES. Wykorzystanie metody elementów skończonych do rozwiązania zadań spręŝysto- plastycznych. W rozpatrywanym ośrodku bierzemy pod uwagę ograniczoną ilość punktów (węzłów).. Wartości przemieszeni U i w kaŝdym węźle definiujemy jako parametry, którzy musimy wyznaczyć.. Strefa wyznaczenia U i się na ograniczoną ilość pod-stref, które nazywamy elementami skończonymi. 4. Wartości przemieszeni U i aproksymuje się na kaŝdym elemencie za pomocą wielomianu, który wyznaczony jest za pomocą węzłowych wartości U i. Wyznacza się go w taki sposób, aby zachować warunek ciągłości U i granicach elementów. 5. Węzłowe wartości U i muszą być dobrane w taki sposób, aby zapewnić najlepsze do rzeczywistego przybliŝenie pola U. Taki dobór wykonywany jest za pomocą minimalizacji funkcjonału. na 5. Analiza odwrotna. 6. Modeli wieloskalowe. Wieloskalowy model komory wspomagania serca POLVAD. δ = m n test pnt calc exp ( P mn P ) m n= mn

7. Przykład modelowania ściany komory PU/TiN. POLVAD POLVAD POLVAD EXT POLVAD, scala micro POLVAD EXT The biggest value of strain intensity is located in the very thin region between two main material layers TiN and PU (a). The average stress in layers TiN (b) is equal MPa (.7 MPa for PU chamber). The biggest values of average stress and strain intensity in boundary between two main material layers is a reason for experimental investigation of connection quality during long-time work of chamber. Wynik symulacji: rozkład średniego napręŝenia na zewnętrznej powierzchni POLVAD_EXT

POLVAD EXT 8. Podsumowanie. Modele reologiczne nanomaterialów do zastosowania w sztucznych komorach Motywacja: powłoki o wysokiej biozgodności Metodyka: test nanotwardość model MES testu analiza odwrotna model wieloskalowy Wynik symulacji: rozkład intensywności odkształceń na wewnętrznej powierzchni POLVAD_EXT Zastosowanie: Wykorzystanie w modelu komory MES Porównawcza analiza komory POLVAD i POLVAD_EXT. Dziękuje za uwagę