|
|
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.
|
|
|
Výpočtové modelování tlumiče rázů z plastických a hyperelastických materiálů
Burdík, Martin ; Vlach, Radek (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
Cílem předložené práce je vytvoření výpočtového modelu napěťově deformačního chování tlumičů rázů z hyperelastických a plastických materiálů. Prvním krokem je seznámení se z teorií velkých deformací, teoretickými poznatky o hyperelastických a plastických materiálech. Dalším krokem je seznámení se s možnostmi komerčních systémů MKP při řešení problému hyperelastických a plastických materiálů. Na základě zjištěných poznatků jsou vytvořeny modely jednoduchých tlumičů rázu a s těmito modely jsou simulovány rázové děje. Srovnání je provedeno na základě průběhů zrychlení tělesa, které do tělesa narazí z danou počáteční rychlostí.
|
|
|
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.
|
|
|
Influence of Geometrical Parameters on Rupture Risk of Abdominal Aortic Aneurysm
Zemánek, Miroslav ; Janíček, Přemysl (oponent) ; Tonar,, Zbyněk (oponent) ; Holeček, Miroslav (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
The main objective of this thesis is finite element and experimental modeling of stress-strain states of the soft tissues specially focused on rupture risk of abdominal aortic aneurysm (AAA). The first chapter (chap. 1) summarizes the present state of the mentioned problematic and the major information published in the present-day literature. The key factors for AAA rupture risk decision are also summarized in this chapter. The next chapter (chap. 2) describe the artery wall histology, type of aneurysms and mechanical behavior of artery wall. The second part of the thesis (chap. 3) is focused on experimental modeling of stress-strain states of soft tissues which is necessary for reliable finite element modeling of this behavior. In this chapter a specially designed and produced experimental testing rig is described and the type of tests which is possible to realize with this testing rig. The key factors influencing the stress-strain behavior of the aortic tissue are also summarized and experimentaly tested on porcine thoracic aortas. The new knowledge resulting from experimental testing are summarized at the end of this chapter. The intention of third part (chap. 4) is the mathematical description of the stress-strain behavior of soft tissues, description of frequently used constitutive models and the parameter identification for these constitutive models based on the realized tension tests. The last chapter (chap. 5) is devoted to finite element modeling of the stress-strain states of AAA behavior. First the key factors and assumptions for finite element models creation and evaluation are summarized as well as the material parameters of the constitutive models which are implemented in ANSYS software. Several simulations were realized using hypothetical AAA geometry where the impact of some geometrical parameters change was tested. The backward incremental method using for evaluation of unloading state was designed and tested at real AAA geometry reconstructed from CT scans. Hypertension as one of the key factor for AAA rupture risk was tested using unloaded geometry. The new knowledge and possibilities of finite element modeling are summarized at the end of this thesis. The proposals to next research work is also summarized.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.