Modelowanie i symulacja zagadnień biomedycznych

Podobne dokumenty
DANE TECHNICZNE. PE 1000R (Regenerat)

Poliamid (Ertalon, Tarnamid)

DANE TECHNICZNE. Płyty PP-H homopolimer

PARAMETRY FIZYKO - MECHANICZNE TWORZYW KONSTRUKCYJNYCH

Prowadnice z tworzywa sztucznego

iglidur M250 Solidny i wytrzymały

Karta danych materiałowych. DIN EN ISO 527-3/5/100* minimalna wartość DIN obciążenie 10 N, powierzchnia dolna Współczynik tarcia (stal)

Karta danych materiałowych. DIN EN ISO 527-3/5/100* minimalna wartość DIN obciążenie 10 N, powierzchnia dolna Współczynik tarcia (stal)

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania. Projekt: Metoda Elementów Skończonych Program: COMSOL Multiphysics 3.4

Symulacja Analiza_belka_skladan a

iglidur J Na najwyższych i na najniższych obrotach

ZAPYTANIE OFERTOWE nr 6/2017

Komputerowe wspomaganie projektowania- CAT-01

PROJEKT METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Analiza MES pojedynczej śruby oraz całego układu stabilizującego do osteosyntezy

Dystrybucja i obróbka tworzyw sztucznych

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

Materials Services Materials Poland. Tworzywa konstrukcyjne

iglidur W300 Długodystansowy

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

Symulacja Analiza_stopa_plast

SPECYFIKACJA TECHNICZNO-HANDLOWA OPROGRAMOWANIA DO PRAC KONSTRUKCYJNYCH 3D (razem 6 licencji)

Symulacja Analiza_moc_kosz_to w

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

Symulacja Analiza_rama

iglidur G Ekonomiczny i wszechstronny

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.13

Metoda Elementów Skończonych

Symulacja Analiza_wytrz_kor_ra my

Projekt Laboratorium MES

Raport z obliczeń Przepust dla zwierząt DN2500

Symulacja Analiza_wytrz_os_kol o_prz

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Metoda Elementów Skończonych

power of engineering MATERIAŁY DLA HBOT 3D

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

iglidur X Technologie zaawansowane

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Politechnika Poznańska

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Materiały Reaktorowe. Właściwości mechaniczne

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I ZARZĄDZANIA POLITECHNIKA POZNAŃSKA. Laboratorium MES projekt

Płyty elektroizolacyjne i termoizolacyjne

POLITECHNIKA POZNAŃSKA METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH LABORATORIA

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

Kompensatory stalowe. Produkcja. Strona 1 z 76

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 9

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Symulacja procesu wtrysku - Obudowa miernika

Politechnika Poznańska

Foamlite. Lekkość oznacza więcej korzyści. Termoplastyczne tworzywa sztuczne. Foamlite 07/2017

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.5

POLITECHNIKA POZNAŃSKA. Metoda Elementów Skończonych

Maty wibroizolacyjne gumowo-poliuretanowe

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

AMARGO. Płyty PE HD, PP-H, PP-C, PP-FOAM, PP-TALK, Kasetony konstrukcyjne PP.

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D - 4. Zastosowanie teoretycznej analizy modalnej w dynamice maszyn

INSTYTUT TECHNOLOGII MECHANICZNYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania. Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

Inżynieria odwrotna w modelowaniu inżynierskim przykłady zastosowań

FORMULARZ OFERTOWY DOSTAWA OPROGRAMOWANIA INŻYNIERSKIEGO OPARTEGO NA ŚRODOWISKU DO ZARZĄDZANIA CYKLEM ŻYCIA PRODUKTU PLM LISTOPAD 2011

Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych

PROJEKT METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Elementy Strukturalne: Z Metalu na Tworzywo... Mariusz Makowski, DuPont Poland

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

PROJEKT MES COMSOL MULTIPHYSICS 3.4

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Spis treści Przedmowa

Zigma inżynieria przemysłowa ul. Lewkoniowa Poznań

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

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Podczas tego szkolenia, użytkownik zapozna się z zasadami tworzenia łańcuchów kinematycznych, więzami oraz dynamicznymi symulacjami zaprojektowanych

Metoda Elementów Skończonych

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW B Badanie własności mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Komputerowe wspomaganie projektowania- CAT-01

Spis treści. Przedmowa 11

Taśma termokurczliwa SB C 50

CIPREMONT. Izolacja drgań i dźwięków materiałowych w konstrukcjach budowlanych oraz konstrukcjach wsporczych maszyn dla naprężeń do 4 N/mm 2

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

FRIATEC AG. Ceramics Division FRIDURIT FRIALIT-DEGUSSIT

Politechnika Poznańska

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

SPECYFIKACJA TECHNICZNA SZTUCZNEGO LODOWISKA

4. Analiza stanu naprężeń i odkształceń na przykładzie uchwytu do telewizora... 19

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Politechnika Poznańska

Regupol maty wibroizolacyjne gumowo-poliuretanowe

BADANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH 1. Próba rozciągania metali w temperaturze otoczenia (zg. z PN-EN :2002)

Modelowanie i wstęp do druku 3D Wykład 1. Robert Banasiak

PROPOZYCJA PRZEDMIOTÓW WYBIERALNYCH W SEMESTRZE III DLA STUDENTÓW STUDIÓW STACJONARNYCH (CYWILNYCH) nabór 2007 Kierunek MECHANIKA I BUDOWA MASZYN

Politechnika Poznańska

INFORMACJA O PRODUKCIE

Transkrypt:

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Inżynieria Biomedyczna Modelowanie i symulacja zagadnień biomedycznych Projekt szpitalnego krzesła przyłóżkowego Studenci: Niebudek Maria Szewczyczak Michał Wierszyłło Alicja Semestr VI Rok akademicki 2016/2017 Prowadzący: prof. dr hab. inż. Tomasz Stręk

Spis treści Spis treści... 1 1. Wstęp... 2 2. Program Fusion 360... 4 3. Etapy przygotowania modelu do analizy... 5 4. Symulacje... 7 5. Podsumowanie i wnioski... 17 Źródła... 18 1

1. Wstęp Polietylen nazywany inaczej polimerem etenu lub polietenem oznacza się symbolem PE. Jest to materiał giętki woskowaty, przezroczysty, termoplastyczny, który traci elastyczność pod wpływem światła słonecznego. Doskonałe właściwości ślizgowe, niska ścieralność, niewielka gęstość, znakomite właściwości elektroizolacyjne, duża stabilność wymiarowa, bardzo dobra odporność chemiczna, niewielka wodochłonność, wysoka udarność to tylko niektóre z jego cech charakterystycznych. Jego wadą jest nieodporność na promieniowanie UV. Podstawowy podział to polietylen małej i dużej gęstości. W innym podziale wyróżniamy 6 rodzajów PE. Znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu: budowie maszyn (ślimaki, listwy i prowadnice ślizgowe łańcuchów), przemyśle chemicznym (zbiorniki, pompy, dysze), górnictwie, technice galwanizacyjnej (gniazda łożysk, koła zębate), akustyce (kształtki do izolacji akustycznej). Polietylen jest materiałem tanim i wytrzymałym, dlatego wybrano go przy projektowaniu krzesła szpitalnego. Biorąc pod uwagę obecność wielu takich krzeseł w szpitalach ich liczbę możemy liczyć w dziesiątkach tysięcy, dlatego tak ważną rolę odgrywa tu kwestia ekonomiczna, ergonomiczna oraz odpornościowa. 2

tab. 1. Dane techniczne PE. [1] Własności Jednostka Metoda Polietylen biały, zielony Gęstość g/cm3 DIN 53479 0,94 Ciężar cząsteczkowy miliony rozproszenie światła ca. 4,5 Własności mechaniczne Wytrzymałość na rozciąganie (naprężenia rozrywające) N/mm2 DIN 53455 22 Wytrzymałość na rozrywanie +23 st. C N/mm2 DIN 53455 44 Wydłużenie po rozrywaniu +23 st. C % DIN 53455 450 Sztywność skręcania +23 st. C N/mm2 DIN 53477 250 Sztywność skręcania -40 st. C N/mm2 DIN 53477 370 Twardość próbnikiem kulkowym 30 sekund N/mm2 DIN 53456 38 Twardość Shore a D 66 Udarność z karbem m/mm2 DIN 53453 150 Ścieralność wg metody wodno-piaskowej test wodno-piaskowy 100 Własności termiczne Zakres krystalizacji st. C mikroskop polaryzacyjny 137 Współczynnik rozszerzalności liniowej pomiędzy 20-100 st. C st. C DIN 52328 2ˇ10-4 Przewodność cieplna w 20 st. C W/ C x m DIN 52612 0,42 Max. temp. ciągłej pracy st. C 76 Własności elektryczne Rezystywność właściwa? x cm DIN 53482 >1015 Rezystywność powierzchniowa? DIN 53482 >1013 Wytrzymałość dielektryczna KV/cm DIN 53481 900 Własności ślizgowe i cierne Dynamiczny współczynnik tarcia stosunek siły do obciążenia tworzywo na stali (wys. nierówności 2-2,5¾<=) 0,1-0,12 3

2. Program Fusion 360 Podczas pracy nad niniejszym projektem wykorzystano oprogramowanie AutoDesk Fusion 360. Jest to pierwsze chmurowe rozwiązanie CAD/CAE/CAM. Możliwości jakie oferuje: jedno połączone narzędzie do modelowania i produkcji; modelowanie, testy funkcjonalne, produkcja i zarządzanie; ograniczenie błędów konstrukcyjnych symulacje; tworzenie listy części (BOM). modelowanie bryłowe, powierzchniowe i swobodne brył, komponentów i zespołów tworzenie dokumentacji płaskiej części i zespołów wykorzystanie mocy obliczeniowej chmury do renderingów i symulacji obliczanie częstotliwości drgań własnych, wyboczeń, symulacje termiczne i naprężeń termicznych, optymalizacja kształtu, analiza naprężeń dla liniowych i nieliniowych materiałów tworzenie fotorealistycznych renderingów oraz animacji zespołów moduł CAM przygotowanie ścieżek narzędzi i eksport G-CODE współdzielenie plików w grupie projektowej i automatyczne wersjonowanie import wielu formatów plików, m.in. CATIA, SolidWorks, Creo, SketchUp, NX, STEP, STL i inne dostęp do plików projektu i przeglądanie modeli 3D, zarządzanie wersjami z poziomu przeglądarki internetowej Program Autodesk Fusion 360, przez ostatnie kilka lat, przeszedł dużo zmian, które nie będą tutaj szerzej omawiane. 4

3. Etapy przygotowania modelu do analizy - Utworzenie modelu 3D w programie Fusion 360 oraz określenie rodzaju materiału w panelu- w naszym przypadku był to ABS Plastik. Rysunek 1 Model krzesła szpitalnego wraz z doborem materiału. -Wygenerowanie siatki modelu Rysunek 2 Siatka modelu krzesła szpitalnego. -Ustawienie podpór modelu i obciążenie go siłami. Przyjęto obciążenie odpowiadające osobie o masie 130 kilogramów. 5

Rysunek 3 Obciążenie krzesła trzema siłami. 6

4. Symulacje -Wykonano symulację odkształceń. Rysunek 4 Odkształcenia w płaszczyźnie ZX. Rysunek 5 Odkształcenia w płaszczyźnie YZ. 7

Rysunek 6 Odkształcenia w płaszczyźnie XY. Rysunek 7 Odkształcenia normalne w płaszczyźnie ZZ. 8

Rysunek 8 Odkształcenia normalne w płaszczyźnie YY. Rysunek 9 Odkształcenia normalne w płaszczyźnie XX. -Wykonano symulację naprężeń działających na poszczególne elementy modelu. 9

Rysunek 10 Naprężenia Von Mises. Rysunek 11 Naprężenia główne. 10

Rysunek 12 Naprężenia normalne w płaszczyźnie XX. Rysunek 13 Naprężenia normalne w płaszczyźnie YY. 11

Rysunek 12 Naprężenia normalne w płaszczyźnie ZZ. Rysunek 13 Naprężenia tnące w płaszczyźnie XY. 12

Rysunek 16 Naprężenia tnące w płaszczyźnie YZ. Rysunek 17 Naprężenia tnące w płaszczyźnie ZX. -Wykonano symulację przemieszczeń poszczególnych części modelu względem osi pod wpływem przyłożonej do nich sił. 13

Rysunek 18 Przemieszczenie ogólne pod wpływem przyłożonych sił w milimetrach. Rysunek 19 Przemieszczenie pod wpływem przyłożonych sił względem osi x. 14

Rysunek 14 Przemieszczenie pod wpływem przyłożonych sił względem osi y. Rysunek 15 Przemieszczenie pod wpływem przyłożonych sił względem osi z. -Wykonano symulację z wykorzystaniem wskaźnika bezpieczeństwa. 15

Rysunek 16 Wskaźnik bezpieczeństwa. 16

5. Podsumowanie i wnioski Przeprowadzono symulację obciążenia polietylenowego szpitalnego krzesła przyłóżkowego w sytuacji, w której siedzi na nim osoba o masie 130 kg. Wartość taką dobrano zgodnie z zasadami ergonomicznego projektowania, według których projektowany obiekt powinien być zdatny do użytkowania (co najmniej) dla populacji, której dolną i górną granicę wyznacza 5 oraz 95 centyl. Powołując się na zgromadzone dane [2] wartość masy ciała dla 95 centyla w Polsce wynosi 98 kg. W projekcie celowo przyjęto zawyżoną wartość, aby mieć pewność, że siedzisko będzie mogło być bezpiecznie użytkowane nawet w przypadku większych obciążeń. Poszczególne elementy szpitalnego krzesła przyłóżkowego utwierdzono i poddano działaniu odpowiednich sił skupionych, co umożliwiło analizę zachowania zaprojektowanego obiektu pod wpływem tych czynników. Wynika z niej fakt, że krzesło wytrzyma działanie zadanych sił i nie zostanie uszkodzone, odkształcając się przy tym w niewielkim stopniu. Najbardziej zagrożonym elementem jest jego oparcie, i to właśnie tutaj odkształcenie jest największe. W pozostałych miejscach odkształcenia są nieznaczne. Można zatem stwierdzić, że wybrano odpowiedni materiał, a model 3D krzesła zaprojektowano w sposób prawidłowy. Powyższy tok rozumowania prowadzi do wniosku zaprojektowany przedmiot nadaje się do codziennego użytku i eksploatacji w polskich szpitalach, a koszty produkcji takiego krzesła z uwagi na zaproponowany materiał nie byłyby wygórowane. 17

Źródła [1]http://www.plastem.pl/oferta/tworzywa-sztuczne/polietylen/ [2]http://www.zsz.com.pl/Wiedza/analizy_eksperci/Documents/6_Dane_Antropom etryczne.pdf 18