|
|
Numerické modelování chování částicového kompozitu se sesíťovanou polymerní matricí
Máša, Bohuslav ; Ševčík, Martin (oponent) ; Náhlík, Luboš (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá stanovením makroskopického chování částicového kompozitu se sesíťovanou polymerní matricí zatíženého tahem. Hlavním cílem práce je určení mechanických vlastností kompozitu při tahovém zatížení za pomocí numerických metod (zejména metody konečných prvků). Vyšetřovaný kompozit je složen z matrice v kaučukovitém stavu a z tuhých částic na bázi oxidu hliníku (Al2O3). Hyperelastické vlastnosti matrice byly popsány pomocí Mooney-Rivlinova modelu materiálu. V úvahu byly brány různé konfigurace rozmístění částic, jejich odlišný tvar, orientace a rozlišné objemové množství, pro něž byly vytvořeny numerické modely, přičemž bylo vzato do úvahy také porušování matrice kompozitu. Výsledky výpočtů jsou porovnány s experimentálními daty, přičemž byla konstatována dobrá shoda mezi numerickými modely s porušováním matrice a experimentálními daty.
|
|
|
Materiálově nelineární statická odezva stavebních konstrukcí
Kinclová, Radka ; Vlk, Zbyněk (oponent) ; Nevařil, Aleš (vedoucí práce)
Náplní této práce je nelineární elastická a plastická odezva jednoduchých prutových konstrukcí. Bude zde řešena problematika vzniku plastických kloubů. Dále bude popsán vznik a velikost reziduálních napětí od svařování. K určení limitní únosnosti jednoduchých konstrukcí bude využito ideálně elasticko-plastického chování, popř. elastického chování se zpevněním, a ta bude porovnána s řešením v programu ANSYS.
|
|
|
Computational Modelling of Mechanical Behaviour of "Elastomer-Steel Fibre" Composite
Lasota, Tomáš ; Okrouhlík,, Miloslav (oponent) ; Nováček,, Vít (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
This thesis deals with composite materials made of elastomer matrix and steel reinforcement fibres with various declinations. It presents computational simulations of their mechanical tests in uniaxial tension and three-point bending realized using finite element (FE) method, and their experimental verification. The simulations were carried out using two different models - bimaterial and unimaterial computational models. The bimaterial model reflects structure of the composite in detail, i.e. it works with the matrix and individual fibres. When the bimaterial model is used, then it is necessary to create each fibre of the composite in the model and it makes numbers of disadvantages (creation of the model is laborious, higher number of elements are needed for discretization of an individual fibre in FE softwares and computational time is higher). On the other side, the unimaterial model does not distinguish the individual fibres, but it works with a model of the whole composite as a homogeneous material and the reinforcing effect of the fibres is included in the strain energy density function. Comparison between experiments and simulations shows that the bimaterial model is in good agreement with the experiments unlike the unimaterial one being able to provide adequate results in the case of tension load only. Hence, a new way was sought of how to extend the unimaterial model by the bending stiffness of fibres. In 2007 Spencer and Soldatos published a new extended unimaterial model that is able to work with both tension and bending stiffnesses of fibres. However, their model is based on Cosserat continuum theory, it is very complicated and is not suitable for practical application. Hence, a new simplified model was created in the thesis (partially according to the Spencer and Soldatos) with own strain energy density function proposed. In order to verify the new unimaterial model with bending stiffness, all the needed equations were derived and a new own finite element solver was written. This solver is based on Cosserat continuum theory and contains the mentioned anisotropic hyperelastic unimaterial model with bending stiffness. It was necessary to use the so called C1 elements, since the Cosserat theory works with second derivatives of displacements. The C1 elements ensure continuity of both displacements field and their first derivatives. Finally, new simulations were performed using the created FE solver and they show that the bending stiffness of fibres can be driven by the appropriate material parameter. In conclusion of this work it is discussed whether the new unimaterial model with bending stiffness is able to provide the same results as the bimaterial model, namely for both tension and bending loads of a composite specimen.
|
|
|
Analýza šíření tlakové vlny v aortě
Holubář, Oldřich ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je zaměřena na problematiku využití snímání šíření pulzní vlny aortou v oblasti diagnostiky aneurysmatu břišní aorty (AAA). V první části byl popsán kardiovaskulární systém a jeho patologie v podobě AAA. Dále byly shrnuty současné metody diagnostiky a navrženy nové, které budou založeny na principu snímání průběhu pulzní vlny. Byla provedena numerická simulace šíření pulzní vlny, s využitím výpočtové metody interakce tělesa s tekutinou, na zjednodušených geometrických modelech, které reprezentují určité úseky aorty. Cílem těchto analýz bylo ověřit použitelnost výpočtové metody interakce tělesa s tekutinou pro další rozvoj navrhovaných diagnostických metod.
|
|
|
Computational study of the impact of disorders in excitation propagation on left ventricular contraction
Vaverka, Jiří ; Rohan,, Eduard (oponent) ; Horný, Lukáš (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
This doctoral thesis deals with computational modeling of contraction of human left ventricle using finite element method. The primary goal is to determine the impact of the left bundle branch block on ventricular ejection fraction. Additionally, changes in ventricular motions, strains and stress distribution, resulting from the block, are also investigated. Electrical activation of left ventricle under healthy conditions and during the branch block is modeled by the monodomain equation coupled with an artificial ionic model designed to reduce the computational demands of the monodomain equation. Conduction velocity in myocardium is considered orthotropic. Calculated activation maps show that the left bundle branch block prolongs electrical activation by 50 % which agrees with clinically observed prolongation of the QRS complex on ECG. The activation maps are subsequently used in the simulations of ventricular mechanics to distribute the beginning of contraction throughout the finite-element mesh. Passive mechanical behavior of myocardium is described by an orthotropic hyperelastic model. Active stresses, induced by muscle contraction, are incorporated by means of the time-dependent active strain tensor. Contraction starts from a prestressed reference configuration representing the end-diastolic state of the ventricle. Pressure development during ejection phase is controlled by two-parametric Windkessel model. Results indicate that the left bundle branch block does not substantially reduce the pumping efficiency of the ventricle; ejection fraction in the diseased state decreased by only 2.3 % relative to the healthy conditions which agrees with some of the previously published clinical studies. Changes in displacements and strains, predicted by the model, correspond with clinical and experimental observations. Stress analyses revealed unexpectedly high stresses in the interventricular septum; further analyses with modified boundary conditions have been suggested in order to better assess these result.
|
|
|
Deformačně-napěťová analýza tepny s ateromem
Janík, Rostislav ; Fuis, Vladimír (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
V této diplomové práci je rozpracována deformačně napěťová analýza kyčelní tepny s ateromem. Model tepny je vytvořen jako 3D a symetrický v podélném řezu. První část práce se zabývá rešerší, která zahrnuje zisk informací z oblasti medicíny potřebných k řešení dané problematiky. Další část se věnuje nelineární mechanice, konstitutivnímu modelování z hlediska biomechaniky a výpočtovému modelování tepen. V následující části je již provedena analýza pro zatížení tepny zvýšeným krevním tlakem. Nakonec byly specifikovány nejistoty použitého modelu a vyhodnoceno riziko ruptury aterosklerotického plátu.
|
|
|
Deformačně-napěťová analýza tepny s ateromem
Janík, Rostislav ; Návrat, Tomáš (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
V této diplomové práci je rozpracována deformačně napěťová analýza kyčelní tepny s ateromem. Model tepny je vytvořen jako 2D a symetrický dle osy y. První část práce se zabývá rešerší, která zahrnuje zisk informací z oblasti medicíny potřebných k řešení dané problematiky. Další část se věnuje nelineární mechanice, konstitutivnímu modelování z hlediska biomechaniky a výpočtovému modelování tepen. V následující části je již provedena analýza pro zatížení tepny fyziologickým a také vysokým krevním tlakem. Nakonec byly specifikovány nejistoty použitého modelu a vyhodnoceno riziko ruptury aterosklerotického plátu.
|
|
|
Constitutive Modelling of Composites with Elastomer Matrix and Fibres with Significant Bending Stiffness
Fedorova, Svitlana ; Kotoul, Michal (oponent) ; Menzel, Andreas (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Constitutive modelling of fibre reinforced solids is the focus of this work. To account for the resulting anisotropy of material, the corresponding strain energy function contains additional terms. Thus, tensile stiffness in the fibre direction is characterised by additional strain invariant and respective material constant. In this way deformation in the fibre direction is penalised. Following this logic, the model investigated in this work includes the term that penalises change in curvature in the fibre direction. The model is based on the large strain anisotropic formulation involving couple stresses, also referred to as “polar elasticity for fibre reinforced solids”. The need of such formulation arises when the size effect becomes significant. Mechanical tests are carried out to confirm the limits of applicability of the classical elasticity for constitutive description of composites with thick fibres. Classical unimaterial models fail to take into account the size affect of fibres and their bending stiffness contribution. The specific simplified model is chosen, which involves new kinematic quantities related to fibre curvature and the corresponding material stiffness parameters. In particular, additional constant k3 (associated with the fibre bending stiffness) is considered. Within the small strains framework, k3 is analytically linked to the geometric and material properties of the composite and can serve as a parameter augmenting the integral stiffness of the whole plate. The numerical tests using the updated finite element code for couple stress theory confirm the relevance of this approach. An analytical study is also carried out, extending the existing solution by Farhat and Soldatos for the fibre-reinforced plate, by including additional extra moduli into constitutive description. Solution for a pure bending problem is extended analytically for couple stress theory. Size effect of fibres is observed analytically. Verification of the new constitutive model and the updated code is carried out using new exact solution for the anisotropic couple stress continuum with the incompressibility constraint. Perfect agreement is achieved for small strain case. Large strain problem is considered by finite element method only qualitatively. Three cases of kinematic constraints on transversely isotropic material are considered in the last section: incompressibility, inextensibility and the double constraint case. They are compared with a general material formulation in which the independent elastic constants are manipulated in order to converge the solution to the “constraint” formulation solution. The problem of a thick plate under sinusoidal load is used as a test problem. The inclusion of couple stresses and additional bending stiffness constant is considered as well. The scheme of determination of the additional constant d31 is suggested by using mechanical tests combined with the analytical procedure.
|
|
|
Výpočtová simulace vibrací gumového silentbloku
Krupa, Lukáš ; Návrat, Tomáš (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá výpočtovým modelováním vibrací gumového silentbloku metodou konečných prvků (MKP). Práce zahrnuje popis experimentálních měření materiálových charakteristik gumy při statickém a dynamickém zatížení a jejich použití pro určení vhodného viskoelastického a hyperelastického modelu materiálu pro danou aplikaci. Závislost dynamické tuhosti silentbloku na frekvenci zatížení získaná výpočtovým modelováním je validována s experimentálním měřením. Na závěr jsou vyšetřovány odchylky mezi simulací a experimentem a jejich příčiny.
|
|
|
Elektro-hydrodynamický model pro bioimpedanční pletysmografii
Vyroubal, Petr ; Uruba,, Václav (oponent) ; Horák,, Vladimír (oponent) ; Maxa, Jiří (vedoucí práce)
Předkládaná dizertační práce se zabývá studiem elektro-hydrodynamiky v oblasti numerického modelování biomechanických systémů, konkrétně v metodě bioimpedanční pletysmografie. Řešení úlohy pulsujícího proudění krve v pružné cévní stěně je v současnosti jeden z nejsložitějších problémů mechaniky a biomechaniky z důvodu interakce obou kontinuí na společné hranici. Celý systém je navíc zatížen procházejícím diagnostickým elektrickým proudem. Tato dizertační práce vznikla ve spolupráci s Ústavem přístrojové techniky AV ČR, v. v. i. v Brně, se skupinou zabývající se medicínskými signály (vedoucí Ing. Pavel Jurák, CSc.). Experimentální měření pak probíhala nezávisle ve Fakultní nemocnici U Svaté Anny v Brně v Mezinárodním centru klinického výzkumu ICRC a Mayo Clinic USA.
|
host ::
RSS.