|
|
Ductile Fracture Criteria in Multiaxial Loading – Theory, Experiments and Application
Šebek, František ; Horyl, Petr (oponent) ; Španiel, Miroslav (oponent) ; Petruška, Jindřich (vedoucí práce)
This thesis is concerned with ductile fracture, which is a result of multiaxial quasi-static monotonic loading accompanied with large plastic deformations, while the local approach is considered for material degradation. In computations, the damage evolution is governed by used ductile fracture criteria. These were theoretically studied in the introduction, and the calibration procedure was proposed after the choice of suitable fracture criterion. Next, the experimental program was designed, and the tests on aluminium alloy 2024-T351, concerning tension, torsion and compression, were realized at a room temperature for the investigation of damage accumulation and reliable calibration of chosen phenomenological ductile fracture criterion, expressed through the fracture strain, and dependent on the hydrostatic pressure and deviatoric stress tensor. The ductile fracture model was then coupled with the yield criterion. Plasticity was considered in the form of taking into account the state of third invariant of deviatoric stress tensor as well for investigated material. The whole proposed approach that is fully applicable to multiaxial problems was implemented using user subroutine into the commercial software, based on the explicit finite element method. In the end, the application of the proposed approach to modelling of ductile fracture is presented in the form of verification using chosen specimens, resulting in the conclusions and recommendations for future studies.
|
|
|
Biomechanická studie ruky
Krpalek, David ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Horyl, Petr (oponent) ; Florian, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá problematikou z oblasti zápěstí člověka a příslušné totální náhrady, umožňujícího navrácení pohyblivosti ruky přibližující se fyziologickému stavu po traumatických a degenerativních onemocnění. Léčení těchto onemocnění má komplexní charakter. Vedle biologické a medicínské stránky zahrnuje i problémy biomechanické. K určení vhodné léčebné metody a implantátu je důležité znát chování zápěstí ve všech stavech nejen z hlediska lékařského, ale i biomechanického. Z tohoto důvodu byla vytvořena biomechanická studie zahrnující výpočtový model zápěstí (ruky) umožňující řešení deformace a napětí zápěstí ve fyziologickém a patologickém stavu a dále po aplikaci totální náhrady. Na základě Frostovy teorie remodelace kostní tkáně byla provedena analýza kostní tkáně zápěstí a kostní tkáně po aplikaci totální náhrady RE-MOTION™ Total Wrist.
|
|
|
Mechanická analýza vlivu výrobních odchylek na styk hlavice a jamky totální endoprotézy kyčelního kloubu
Koukal, Milan ; Horyl, Petr (oponent) ; Repko, Martin (oponent) ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Florian, Zdeněk (vedoucí práce)
V oblasti endoprotetické chirurgie se vyskytuje nezanedbatelné procento implantátu vykazujících vady, které vedou k selhání celé protézy. Jedním z typů selhání totální kyčelní endoprotézy je uvolnění jamky z pánevní kosti. Tato studie posuzuje vliv výrobních odchylek jako jeden z možných vlivů vedoucích k uvedenému typu selhání protézy. Posuzovány byly rozměrové a geometrické odchylky kulových ploch keramické hlavice a polyethylenové jamky. Bylo zjištěno, že tyto odchylky mají významný vliv na stykové poměry mezi hlavicí a jamkou. Posuzované veličiny byly kontaktní tlak a třecí moment, což jsou veličiny ovlivňující životnost celé protézy. Pro nalezení řešení byla použito výpočtového modelování. Z výsledků analýzy řešení lze doporučit předepisovat výrobní tolerance tak, aby mezi hlavicí a jamkou vzniklo uložení s vůlí, kdy interval vhodných hodnot vůle je 0 mm až 0,05 mm. Lze důrazně nedoporučit uložení s přesahem z důvodu výrazně zhoršených stykových podmínek. Odchylka kruhovitosti hlavice by neměla být vyšší než 0,025 mm.
|
|
|
Biomechanická studie obličejového skeletu
Valášek, Jiří ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Horyl, Petr (oponent) ; Florian, Zdeněk (vedoucí práce)
Předložená práce je biomechanickou studií obličejového skeletu se zaměřením na fixaci dolní čelisti po odstranění nádorového onemocnění dolní čelisti. Cílem práce je provedení biomechanické studie obličejového skeletu s následnou detailní deformačně napěťovou analýzou dvou čelistních dlah navržených a vyrobených pro konkrétní pacienty. Geometrie dolní čelisti pro konstrukční návrh dlah a pro vytvoření modelu geometrie výpočtového modelu byla získaná na základě dat získaných z CT vyšetření dvou pacientů. Součástí dizertační práce je dílčí klinicko-teoretická studie, která se zabývá srovnáním zpracování informací z CT na data potřebná k tvorbě modelu geometrie. V rámci této práce byly vytvořeny výpočtové modely a provedena řešení deformace a napjatosti dolní čelisti s deficitem kostní tkáně fixované dlahou. Modely dolní čelisti včetně dlah byly vytvořeny pro konkrétní pacienty s nádorovým onemocněním dolní čelisti. V závěrečných kapitolách dizertační práce jsou prezentována řešení deformace a napjatosti řešených čelistí s dlahou a analýza výsledků. Poznatky získané na základě provedené studie byly publikovány a aplikovány v klinické praxi.
|
|
|
Mechanická studie interakce páteřního segmentu s poddajným fixátorem
Manek, Filip ; Horyl, Petr (oponent) ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Florian, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato dizertační práce je zaměřena na srovnávací deformačně napěťovou analýzu páteřního segmentu s poddajným fixátorem a fyziologického páteřního segmentu. V jejím úvodu je provedena rešeršní studie z dostupných literárních zdrojů zahrnující současný stav vědeckých prací v řešené oblasti, anatomii jednotlivých komponent páteře, jejich materiálové vlastnosti, způsob a velikost zatížení a analýzu řešení MKP modelů obdobných problémů. Pro vytvoření modelu geometrie páteřního segmentu jsou použity CT řezy páteřního segmentu 38 leté ženy, ze kterých je v modelovacím programu SolidWorks vytvořen model geometrie dvou bederních obratlů L4-L5 a poddajného fixátoru. Následně je s využitím výpočtového systému ANSYS Workbench sestaven celkový výpočtový model páteřního pohybového segmentu s poddajným fixátorem zahrnující modely materiálu, zatížení a vazeb. Na základě výpočtového řešení MKP modelů pro různé druhy zatěžování je provedena deformačně napěťová analýza. Pro porovnání výsledků je provedena detailní srovnávací analýza s fyziologickým páteřním segmentem, segmentem s degenerovaným diskem a segmentem s aplikovaným "tuhým" fixátorem. V rámci deformačně napěťové analýzy páteřního segmentu s poddajným fixátorem je provedena analýza velikosti intenzity přetvoření kostní tkáně v okolí šroubu v závislosti na předpětí tkalonu poddajného fixátoru.
|
|
|
Biomechanická studie lidské dolní čelisti ve fyziologickém stavu
Borák, Libor ; Horyl, Petr (oponent) ; Bartáková, Sonia (oponent) ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Florian, Zdeněk (vedoucí práce)
Předkládaná studie se zabývá mechanickými aspekty lidské dolní čelisti ve fyziologickém stavu, a to v okamžiku skusu. Práce je zaměřena především na určování deformačně-napěťových stavů kostní tkáně a jejich vyhodnocování, přičemž důraz je kladen na interakci zubů s kostí. Kromě toho jsou vyhodnocovány také kontaktní tlaky v čelistních kloubech při různých zátěžných konfiguracích. Součástí analýzy je též posouzení různých úrovní modelů materiálu některých prvků soustavy. Problém určení deformačně-napěťových stavů je řešen výpočtovým modelováním s využitím metody konečných prvků. V práci je provedena podrobná analýza prvků žvýkacího aparátu a je detailně popsán způsob jejich modelování. Zvláštní pozornost je věnována mode-lování spongiózní kosti a také periodontia, které zprostředkovává interakci mezi zubem a al-veolární kostí. Trojrozměrná geometrie dolní čelisti i všech řešených zubů byla získána digi-talizací reálných objektů, a to s využitím metod trojrozměrného optického skenování. V práci jsou posouzeny tři různé modely materiálu periodontia: Lineární isotropní model, bilineární isotropní model a lineární ortotropní model. Jsou analyzovány charakteristiky těchto modelů a zejména u ortotropního modelu, který se v odborné literatuře takřka nevyskytuje, je navrženo devět konstant nově popisujících tento model. Na dvojrozměrných modelech je dále analyzován rozdíl v mechanické odezvě spongiózní kosti na zatížení zubu v případech, že kost je modelována buď jako homogenní souvislá oblast nebo s detailní trámečkovou architekturou. Výpočtový model je rozdělen do čtyř základních variant lišících se úrovní geometrie žvý-kacího aparátu: A – 2D úroveň geometrie kosti; B – 3D úroveň geometrie segmentu kosti s jedním zubem a maximálně třemi zuby; C – 3D úroveň geometrie celé dolní čelisti s jedním zubem; D – 3D úroveň geometrie celé dolní čelisti s plnou denticí. Jednotlivé základní varian-ty výpočtového modelu jsou dále řešeny v různých obměnách pro různé modely materiálu apod.
|
|
|
Deformačně napěťová studie Burch-Schneiderovy dlahy
Řehák, Kamil ; Horyl, Petr (oponent) ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Florian, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá problematikou z oblasti kyčelní endoprotetiky, konkrétně totální endoprotézou (TEP) s Burch-Schneiderovou (BS) dlahou, u které se v klinické praxi vyskytuje řada problémů. Zatížení kyčelního kloubu závisí na hmotnosti jedince a činnosti, kterou vykonává. Negativně se na stavu kyčelního spojení projevuje sedavé zaměstnání, málo pohybu, velké množství stresu či špatné stravovací návyky a s tím spojená nadváha. Zvyšující se opotřebení kyčelního kloubu a jeho bolestivost při pohybu je nutné v řadě případů řešit operačním zákrokem, při kterém je aplikována TEP. Při výběru a následné aplikaci jednotlivých TEP je důležité věnovat pozornost vytvoření lůžka, které umožní kvalitní fixaci. V případě zhoršených mechanických vlastností kostní tkáně je značně problematické zajistit stabilitu implantátu. Na základě jednotlivých klasifikací, které hodnotí stupeň poškození kyčelního spojení, je možné vybrat vhodnou TEP. Burch-Schneiderova dlaha, na kterou je tato práce zaměřena, se dominantně využívá v případech velkých defektů v oblasti jamky kyčelního kloubu. Užití této dlahy umožňuje překlenutí velkých defektů a vytvoření nového středu otáčení kyčelního kloubu. Znalost mechanických vlastností kostní tkáně kyčelního spojení může významně ovlivnit predikci poškození BS dlahy. Za tímto účelem bylo nutné provést biomechanickou studii, která je zaměřena na vliv zhoršených mechanických vlastností kostní tkáně na selhání BS dlahy. Pro řešení bylo užito výpočtové modelování pomocí metody konečných prvků implementované v programu ANSY S, které umožňuje řešení mechanické interakce mezi kostní tkání a TEP s BS dlahou. Z důvodu absence dat o stavu kostní tkáně před aplikací TEP s BS dlahou, byly řešeny i varianty před aplikací TEP a po aplikaci povrchové a standardní TEP. Všechny varianty byly řešeny s materiálovými vlastnostmi kostní tkáně, které byly určeny na základě dat z CT snímků. Dále byly jednotlivé varianty řešeny pro případ zhoršených mechanických vlastností. Na základě výsledků řešení a Frostovy hypotézy byla provedena analýza kostní tkáně kyčelního spojení před a po aplikaci TEP a TEP s BS dlahou. Z dosažených výsledků je zřejmý vliv úrovně výpočtového modelu, který prostřednictvím nehomogenního modelu materiálu zohledňuje rozložení kostní tkáně. Zhoršené mechanické vlastnosti mají tedy zásadní vliv na stabilitu a namáhání BS dlahy, především v oblasti kraniální části acetabula.
|
|
|
Vliv rychlosti rázového zatěžování na napjatost, deformaci a spolehlivost komponenty palivového systému automobilu
Dobeš, Martin ; Horyl, Petr (oponent) ; Návrat, Tomáš (oponent) ; Petruška, Jindřich (vedoucí práce)
Pasivní bezpečnost automobilu je pojem velmi známý, avšak tento pojem lze dále kategorizovat na různá témata pasivní bezpečnosti automobilu, bezpečnost zádržných systémů, bezpečnostních asistentů (ABS, ESP, ASR, atd.). Jedním z těchto témat je i pasivní bezpečnost palivového systému automobilu. Zde musí být zajištěna bezpečnost a těsnost systému i za nestandartních podmínek, jako je náraz automobilu do pevné překážky apod. V oblasti bezpečnosti vozidel se tato problematika často nezmiňuje, resp. je chápána jako standart. Ovšem za zdánlivě jednoduchými řešeními, které bezpečné chování palivového systému zajišťují, je mnoho zajímavých technických opatření a zařízení, často i patentovaných. Ve většině případů je vývoj těchto technických řešení podpořen výpočtovým modelováním a to v různých fázích samotného vývoje. Disertační práce se zabývá působením rázového zatížení na plastové komponenty palivového systému, konkrétně se jedná o palivový čerpadlový modul (FSM), který je zamontován uvnitř palivové nádrže. Zde je z hlediska pasivní bezpečnosti nejdůležitější částí celého čerpadlového modulu příruba. Tento dílec uzavírá celou sestavu FSM na vnější straně palivové nádrže. Práce se soustřeďuje na konečně-prvkové simulace kompletní, či částečné sestavy FSM během rázového zatížení. Hlavním zaměřením této práce jsou výpočtové materiálové modely, které zohledňují důležité aspekty mechanického chování polymerních materiálů během rázového zatížení. Je zde uvedeno široké množství experimentů, ať už vlastních, či standardizovaných, pomocí kterých se jednak stanovují materiálové charakteristiky, či verifikace numerických analýz s fyzickými experimenty. Pro numerické simulace byl použit převážně explicitní řešič LS-DYNA. Celkové výsledky práce přinášejí nové kvantifikované výsledky chování polymerního materiálu TSCP nejen pro rázové zatížení. Praktická část práce určuje metodiku výpočtu rázového zatížení pro produkt FSM. Tato metodika je přímo použitelná při samotném vývoji nového produktu. Během práce bylo vyvinuto a testováno několik výpočtových materiálových modelů. Nejlepší výsledky v době vypracování této práce vykazuje použití materiálového modelu *MAT_24 v kombinaci s *MAT_ADD_EROSION. Limity pro porušení v tomto modelu byly stanoveny empiricky vlastní metodikou. V dalších navazujících pracích by měla být věnována pozornost materiálovému modelu *MAT_SAMP-1, který byl částečně řešen i v této disertační práci.
|
|
| |
|
|
Biomechanická studie zubních implantátů pro sníženou densitu kostní tkáně
Marcián, Petr ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Horyl, Petr (oponent) ; Florian, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá problematikou z oblasti dentální implantologie, v níž se při zavádění dentálních implantátů vyskytuje řada problémů. Základním problémem při aplikaci implantátu je kvalita kostní tkáně, která podstatně ovlivňuje její deformaci, napjatost a možnost následného selhání implantátu. Znalosti mechanických vlastností kostní tkáně čelisti a čelisti s aplikovaným implantátem mohou významně ovlivnit predikci selhání dentálních implantátů. V případě mechanické interakce je možné ji popsat veličinami určujícími deformaci a napjatost řešené soustavy. Proto bylo využito pro řešení výpočtové modelování pomocí metody konečných prvků. K biomechanickému posouzení selhání implantátu, zahrnujícímu kvalitu kostní tkáně, je nutné vytvořit výpočtový model řešené soustavy na vysoké rozlišovací úrovni. Za tímto účelem bylo nutné provést biomechanickou studii, která podstatně v této práci rozšířila okruh řešených problémů. V práci je prezentována metodologie jak provádět posouzení kvality kostní tkáně, do níž má být implantát zaveden, tak i posouzení jejich vzájemné interakce. Výsledky potvrzují nutnost vytvářet výpočtové modely kostní tkáně na vysoké rozlišovací úrovni včetně jejich složité trámečkové architektury. V práci je popsaná tvorba výpočtového modelu z dat pořízených na mikro-CT zařízení. Dále byl vytvořen výpočtový model trámčité struktury na 3D úrovni s dentálním implantátem a provedena deformačně napěťová analýza. Poslední část práce je věnována úvodní studii modelace a remodelace kostní tkáně.
|
host ::
RSS.