|
|
Numerical modeling of behavior of a particle composite with crosslinked polymer matrix
Máša, Bohuslav ; Ševčík, Martin (referee) ; Náhlík, Luboš (advisor)
The master's thesis deals with the determination of macroscopic behavior of a particulate composite with cross-linked polymer matrix under tensile load. The main focus of thesis is estimation of mechanical properties of a composite loaded by tensile loading using numerical methods (especially finite elements method). Investigated composite is composed of matrix in a rubbery state filled by alumina-based particles (Al2O3). Hyperelastic properties of the matrix have been modeled by the Mooney-Rivlin material model. Different compositions of particles, their different shape, orientation and different volume fractions have been considered. For all these characteristics of composite numerical models have been developed. The damage mechanisms of the matrix have also been taken into account. Results of numerical analyses have been compared with experimental data and good agreement between numerical models with damage mechanisms of matrix and experimental data has been found.
|
|
|
Computational models of shock absorbers of plastic and hyperelastic materials
Burdík, Martin ; Vlach, Radek (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
An aim of the given thesis is creating of a computational model of strain-stress behaviour of shock absorbers made of plastic and hyperelastic material. First step is get ecquaint with theory of large strains, theory of hyperelasticity and plasticity. Next step is get ecquaint with options of commercial programs based on MKP. Based on this knowledge, models of simple shock absorber are made. With created models, crash tests are simulated and property of shock absorbers are compared.
|
|
|
Material nonlinear static response of civil structures
Kinclová, Radka ; Vlk, Zbyněk (referee) ; Nevařil, Aleš (advisor)
The aim of this bachelor’s thesis is the non-linear elastic and plastic response of the simple beam structures. Also the problematics of the plastic hinges development is adressed. This thesis will then describe the origin and magnitude of the residual stresses caused by welding. Ideal elastic-plastic behavior of materials and elastic behavior with strenghtening will be used to determine the limit load capacity of the simple structures and will be compared to solution in the ANSYS software.
|
|
|
Computational Modelling of Mechanical Behaviour of "Elastomer-Steel Fibre" Composite
Lasota, Tomáš ; Okrouhlík,, Miloslav (referee) ; Nováček,, Vít (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Tato práce se zabývá výpočtovými simulacemi zkoušek jednoosým tahem a tříbodovým ohybem kompozitního vzorku složeného z elastomerové matrice a ocelových výztužných vláken orientovaných pod různými úhly, jakož i jejich experimentální verifikací. Simulace byly provedeny pomocí dvou různých modelů - bimateriálového a unimateriálového výpočtového modelu. Při použití bimateriálového modelu, který detailně zohledňuje strukturu kompozitu, tzn. pracuje s matricí a jednotlivými vlákny, je zapotřebí vytvořit model každého vlákna obsaženého v kompozitu, což přináší řadu nevýhod (pracná tvorba výpočtového modelu, řádově větší množství elementů potřebných k diskretizaci v MKP systémech a delší výpočetní časy). Na druhé straně v unimateriálovém modelu se nerozlišují jednotlivá vlákna, pracuje se pouze s kompozitem jako celkem tvořeným homogenním materiálem a výztužný účinek vláken je zahrnut v měrné deformační energii. Porovnání experimentů se simulacemi ukázalo, že bimateriálový model je v dobré shodě s experimenty, na rozdíl od unimateriálového modelu, který je schopen poskytnou odpovídající výsledky pouze v případě tahového namáhání. Z tohoto důvodu byl hledán způsob, který by umožnil rozšířit unimateriálový model o ohybovou tuhost výztužných vláken. V roce 2007 Spencer a Soldatos publikovali rozšířený unimateriálový model, který je schopen pracovat nejen s tahovou, ale i ohybovou tuhostí vlákna. Představený obecný model je však založen na Cosseratově teorii kontinua a jeho praktické využití je pro jeho složitost nemožné. Proto byl vytvořen zjednodušený model (částečně podle Spencera a Soldatose) s vlastní navrženou formou měrné deformační energie. Za účelem ověření nového unimateriálového modelu s ohybovou tuhostí vláken byly odvozeny všechny potřebné rovnice a byl napsán vlastní konečno-prvkový řešič. Tento řešič je založen na Cosseratově teorii kontinua a obsahuje zmíněný anizotropní hyperelastický unimateriálový model zahrnující ohybovou tuhost vláken. Vzhledem k tomu, že v případě Cosseratovy teorie jsou při výpočtu potřebné i druhé derivace posuvů, bylo nutné použít tzv. C1 prvky, které mají spojité jak pole posuvů, tak jejich prvních derivací. Nakonec byly provedeny nové simulace s využitím vlastního řešiče, které ukazují, že tuhost vláken lze u nového unimateriálového modelu řídit odpovídající materiálovou konstantou. V závěru práce je pak diskutováno, zda je nový unimateriálový model s ohybovou tuhostí schopen poskytnout stejné výsledky jako model bimateriálový, a to jak při tahovém tak i ohybovém namáhání kompozitního vzorku.
|
|
|
Analysis of pulse wave propagation in aorta
Holubář, Oldřich ; Janíček, Přemysl (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
This master thesis is focused on usage of monitoring pulse wave propagation in aortic system in a field of diagnostic abdominal aortic aneurysm (AAA). There is a description of cardio-vascular system and its pathology in a form of AAA. A summarization of temporary diagnostic method was created and some new methods were proposed. This new methods presume monitoring of pulse wave propagation. Fluid structure interaction (FSI) analyses of pulse wave propagation were performed on simplified models of geometry which representing specific sections of aorta. The goal of these analyses was to prove usage of FSI method in a future development of proposed diagnostic methods.
|
|
|
Influence of Geometrical Parameters on Rupture Risk of Abdominal Aortic Aneurysm
Zemánek, Miroslav ; Janíček, Přemysl (referee) ; Tonar,, Zbyněk (referee) ; Holeček, Miroslav (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Tato práce je zaměřena na problematiku výpočtového a experimentálního modelování deformačně napjatostních stavů měkkých tkání se zaměřením na riziko ruptury u výdutě břišní aorty (AAA). V první části (kap. 1) je stručně nastíněn současný stav dané problematiky. Tato část shrnuje důležité poznatky publikované v dostupné literatuře. Pozornost je věnována zejména klíčovým faktorům pro stanovení rizika ruptury AAA. V další kapitole (kap. 2) je stručně popsána histologie cévní stěny a její výsledné mechanické chování, jakož i její patologie, především AAA. Druhá část práce (kap.3) je věnována experimentálnímu vyhodnocování deformačně napjatostního chování měkkých tkání, které je nutným předpokladem k věrohodnému výpočtovému modelování tohoto chování. V této kapitole je stručně popsáno experimentální zařízení speciálně vyvinuté pro testování měkkých tkání a typy zkoušek, které lze na tomto zařízení provádět. Dále jsou shrnuty klíčové faktory ovlivňující deformačně napjatostní chování měkkých tkání a experimentální ověření těchto faktorů na vzorcích z prasečích hrudních aort. V závěru této kapitoly jsou shrnuty nové poznatky vyplývající z experimentálního testování. Třetí část disertační práce (kap.4) je zaměřena na matematický popis deformačně napjatostního chování měkkých tkání, stručný popis používaných konstitutivních vztahu a postup při identifikaci parametrů pro tyto konstitutivní modely určované na základě provedených experimentálních zkoušek. Poslední část disertační práce (kap.5) je věnována výpočtovému modelování deformačně napjatostního chování AAA. V této kapitole jsou nejdříve shrnuty klíčové faktory a předpoklady pro vytváření modelů a pro vyhodnocování výsledku a dále jsou uvedeny materiálové parametry pro konstitutivní modely implementované do programu ANSYS. Byly provedeny testovací výpočty při použití hypotetické zjednodušené geometrie AAA, na kterých byly vyhodnoceny vlivy změny geometrie a vliv změny konsitutivního modelu na extrémní napětí ve stěně AAA. U reálné geometrie AAA byla navržena a otestována metoda výpočtu nezatížené geometrie z reálných CT snímků. Dále byl testován vliv zvýšení vnitřního tlaku jako rizika ruptury AAA. V závěru práce jsou shrnuty poznatky a možnosti výpočtového modelování a návrhy na další práce.
|
|
|
Computational study of the impact of disorders in excitation propagation on left ventricular contraction
Vaverka, Jiří ; Rohan,, Eduard (referee) ; Horný, Lukáš (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Tato disertační práce se zabývá výpočtovým modelováním kontrakce levé srdeční komory pomocí metody konečných prvků. Primárním cílem práce je vyhodnotit vliv blokády levého Tawarova raménka na ejekční frakci komory. Dále je vyšetřován dopad blokády na pohyby komory během srdečního cyklu, na lokální hodnoty přetvoření a na rozložení napětí ve stěně. Průběh elektrické aktivace jak zdravé komory, tak i komory s blokádou je modelován pomocí monodoménové rovnice svázané s pseudo-modelem buněčné membrány, který byl navržen za účelem snížení výpočetní náročnosti monodoménové rovnice. Rychlost šíření vzruchu v myokardu je uvažována ortotropní. Vypočítané časové průběhy elektrické aktivace ukazují, že blokáda levého Tawarova raménka prodlužuje dobu depolarizace komory o 50 %, což je v souladu s udávanými délkami trvání QRS komplexu na EKG u zdravých jedinců a u pacientů s blokádou. Průběhy elektrické aktivace jsou následně využity v simulacích kontrakce komory pro předepsání počátku kontrakce jednotlivých prvků sítě. Pasivní mechanická odezva myokardu je v těchto simulacích popsána pomocí ortotropního hyperelastického modelu. Aktivní napětí vyvolané svalovou kontrakcí je do modelu zahrnuto prostřednictvím časově závislého tenzoru aktivního přetvoření. Do počáteční konfigurace modelu, reprezentující stav komory na konci diastoly, je před zahájením kontrakce zahrnuto předpětí odpovídající end-diastolickému tlaku v komoře. Časový průběh komorového tlaku během ejekční fáze je modelován pomocí dvouparametrického modelu Windkessel. Výsledky simulací ukazují, že blokáda levého Tawarova raménka nesnižuje významně čerpací schopnost komory. Predikovaný pokles ejekční frakce v důsledku blokády činí pouze 2,3 %, což je v souladu s některými publikovanými klinickými výsledky. Vypočítané časové průběhy posuvů a přetvoření ve vybraných místech modelu taktéž vykazují některé charakteristiky popisované klinickými nebo experimentálními studiemi. V oblasti mezikomorového septa byly pozorovány výrazně vyšší hodnoty napětí než v ostatních částech komory; tyto výsledky však bude nutné ověřit dalšími výpočty, neboť v současném modelu není septum zatíženo silovými účinky vyvolanými kontrakcí pravé komory.
|
|
|
Stress-strain analysis of artery with atheroma
Janík, Rostislav ; Fuis, Vladimír (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
This master thesis analyses stress and strain of iliac artery with atheroma. Model of artery is created as 3D and symmetric in the longitudinal cut. The first part of the thesis deals with a research, which includes obtaining information from medicine, which is necessary fort the right solution of the task. Next part dedicates to nonlinear mechanics, constitutive modeling from the view of biomechanice and computational modeling of arteries. In the next part is made analysis for load on artery by increased blood pressure. In the end were specified uncertainties of the used model and evaluated chance of atherosclerotic plaque rupture.
|
|
|
Stress-strain analysis of artery with atheroma
Janík, Rostislav ; Návrat, Tomáš (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
This master thesis analyses stress and strain of iliac artery with atheroma. Model of artery is created as 2D and symmetric about the y-axis. The first part of the thesis deals with a research, which includes obtaining information from medicine, which is necessary fort the right solution of the task. Next part dedicates to nonlinear mechanics, constitutive modeling from the view of biomechanice and computational modeling of arteries. In the next part is made analysis for load on artery by physiological and also by high blood pressure. In the end were specified uncertainties of the used model and evaluated chance of atherosclerotic plaque rupture.
|
|
|
Testing of HPD model of dissipated energy of hard rubbers at torsional finite Deformations and temperatures
Šulc, Petr ; Pešek, Luděk ; Bula, Vítězslav ; Šnábl, Pavel
This paper deals with the temperature dependence of hard rubber behavior on torsional harmonic loading. This behavior was described by dissipated and deformation energy of the rubber. This knowledge was used to test the validity of the hyperelastic proportional damping (HPD) in dependence on temperature and finite deformations. From the experiments, the dissipated energy was obtained from the hysteresis loop in one period of harmonic load, depending on the temperature for the given frequency. The deformation energy was determined from the shear stress analysis on the surface of the cylinder considering hyperelasticity. The constants of these models were obtained by optimizing the stress-strain curve from the shear analysis on the cylinder surface. With this optimization, the Yeoh hyperelastic model was chosen.
|
guest ::
