|
|
Computational Simulation of Mechanical Tests of Isolated Animal Cells
Bansod, Yogesh Deepak ; Kučera,, Ondřej (oponent) ; Florian, Zdeněk (oponent) ; Canadas, Patrick (oponent) ; Burša, Jiří (vedoucí práce)
A cell is complex biological system subjected to the myriad of extracellular mechanical stimuli. A deeper understanding of its mechanical behavior is important for the characterization of response in health and diseased conditions. Computational modeling can enhance the understanding of cell mechanics, which may contribute to establish structure-function relationships of different cell types in different states. To achieve this, two finite element (FE) bendo-tensegrity models of a cell in different states are proposed: a suspended cell model elucidating the cell’s response to global mechanical loads, such as elongation and compression and an adherent cell model explicating the cell’s response to local mechanical load, such as indentation using atomic force microscopy (AFM). They keep the central principles of tensegrity such as prestress and interplay between components, but the elements are free to move independently of each other. Implementing the recently proposed bendo-tensegrity concept, these models take into account flexural (buckling) as well as tensional behavior of microtubules (MTs) and also incorporate the waviness of intermediate filaments (IFs). The models assume that individual cytoskeletal components can change form and organization without collapsing the entire cell structure when they are removed and thus, can evaluate the mechanical contribution of individual cytoskeletal components to the cell mechanics. The suspended cell model mimics realistically the force-elongation response during cell stretching and the force-deformation response during cell compression, and both responses illustrate a non-linear increase in stiffness with mechanical loads. The simulation results demonstrate that actin filaments (AFs) and MTs both play a crucial role in defining the tensile response of cell, whereas AFs contribute substantially to the compressive response of cell. For adherent cell model, the force-indentation responses at two distinct locations are in accordance with the non-linear behavior of AFM experimental data. The simulation results exhibit that the indentation site dominates the cell behavior and for cell rigidity actin cortex (AC), MTs, and cytoplasm are essential. The proposed models provide valuable insights into the interdependence of cellular mechanical properties, the mechanical role of cytoskeletal components individually and synergistically, and the nucleus deformation under different mechanical loading conditions. Therefore, this thesis contributes to the better understanding of the cytoskeletal mechanics, responsible for cell behavior, which in turn may aid in investigation of various pathological conditions like cancer and vascular diseases.
|
|
| |
|
|
Úprava závěsu bočních dveří osobního automobilu
Čermáková, Klára ; Kozman, Zdeněk (oponent) ; Píštěk, Václav (vedoucí práce)
Úvodní část této diplomové práce poskytuje náhled do problematiky závěsů bočních dveří osobního automobilu. Praktická část práce se již zabývá úpravou stávajícího low-cost závěsu bočních dveří. Nejprve je zvolen materiál, který umožní snížení hmotnosti závěsu při zachování požadovaných mechanických vlastností. Následuje detailní popis modelu závěsu, který byl vytvořen v softwarovém programu Catia. V další části práce je popsáno tepelné zpracování a povrchová úprava závěsu, které zajistí jeho výsledné vlastnosti. Pro kontrolu pevnosti závěsu byl v programu Ansys simulován trhací test a test stability závěsu. Následně je poskytnut záznam z konzultace sériové vyrobitelnosti závěsu a uvedeny nástřihové plány. K závěru je navržen postup montáže závěsu. Poslední část práce tvoří porovnání vytvořeného závěsu se dvěma obdobnými plechovými závěsy bočních dveří.
|
|
|
Vlastnosti vyfukovaných fólií na bázi polyethylénu v závislosti na jejich složení.
Štaffová, Martina ; Poláček, Petr (oponent) ; Tocháček, Jiří (vedoucí práce)
Práce se zabývá studiem vlivu obsahu technického recyklátu na fyzikální charakteristiky vyfukovaných fólií. Cílem práce je laboratorní příprava série fólií s obsahem běžného fóliového LLDPE 0–100 % s přídavkem LDPE recyklátu a dále s přídavkem plniva, vápence. Na fóliích jsou provedeny následující zkoušky: tahová zkouška, diferenční kompenzační kalorimetrie, infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací a konfokální laserová rastrovací mikroskopie. Stejná měření jsou provedena na fólii vyrobené průmyslově a je provedeno porovnání s vlastnostmi fólií vyrobených v laboratorním měřítku.
|
|
|
Testing of commercial rubber sealing components exposed to different ambient conditions
Jančaříková, Marie ; Poláček, Petr (oponent) ; Bálková, Radka (vedoucí práce)
Diploma thesis studies the effect of temperature (75 and 105 °C) and the effect of 3 kinds of liquids (silicone and hydraulic oil and coolant) at room temperature and at 105 °C on change of the structure of 3 species butadiene-acrylonitrile (NBR) seals (o-ring and two types of bolts). The seals are inspected by the thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry and infrared spectroscopy, the influence of 105 °C on the o-rings is also evaluated in terms of changes in tensile properties. The greatest changes in the composition and structure are observed on o-rings particularly due to temperature of 105 °C, there was a significant reduction in dilatability and an increase in stiffness and glass transition temperature. The root cause is the surface and centre additive decomposition and oxidation. The bolts have suffered from decomposition of the protective surface layer and the additives in the centre, structural change was minor. Exposure to 75 °C has resulted in a gradual loss of low molecular weight substances. Liquids at room temperature didn‘t affect the structure of the seals, at 105 °C it caused a loss of weight due to decomposition of the protective surface layer and release of additives and the products of their decomposition. Results showed that the common use of the NBR seals at 105 °C is unsuitable, at 75 °C it leads to gradual changes, loss in mechanical and sealing properties.
|
|
|
Mechanical Reinforcement of Bioglass®-Based Scaffolds
Bertolla, Luca ; Prof. Dr.-Ing. habil. Aldo R. Boccaccini (oponent) ; Kotoul, Michal (oponent) ; Pabst, Willi (oponent) ; Dlouhý, Ivo (vedoucí práce)
Bioactive glasses exhibit unique characteristics as a material for bone tissue engineering. Unfortunately, their extensive application for the repair of load-bearing bone defects is still limited by low mechanical strength and fracture toughness. The main aim of this work was two-fold: the reinforcement of brittle Bioglass®-based porous scaffolds and the production of bulk Bioglass® samples exhibiting enhanced mechanical properties. For the first task, scaffolds were coated by composite coating constituted by polyvinyl alcohol (PVA) and microfibrillated cellulose (MFC). The addition of PVA/MFC coating led to a 10 fold increase of compressive strength and a 20 fold increase of tensile strength in comparison with non-coated scaffolds. SEM observations of broken struts surfaces proved the reinforcing and toughening mechanism of the composite coating which was ascribed to crack bridging and fracture of cellulose fibrils. The mechanical properties of the coating material were investigated by tensile testing of PVA/MFC stand–alone specimens. The stirring time of the PVA/MFC solution came out as a crucial parameter in order to achieve a more homogeneous dispersion of the fibres and consequently enhanced strength and stiffness. Numerical simulation of a PVA coated Bioglass® strut revealed the infiltration depth of the coating until the crack tip as the most effective criterion for the struts strengthening. Contact angle and linear viscosity measurements of PVA/MFC solutions showed that MFC causes a reduction in contact angle and a drastic increase in viscosity, indicating that a balance between these opposing effects must be achieved. Concerning the production of bulk samples, conventional furnace and spark plasma sintering technique was used. Spark plasma sintering performed without the assistance of mechanical pressure and at heating rates ranging from 100 to 300°C /min led to a material having density close to theoretical one and fracture toughness nearly 4 times higher in comparison with conventional sintering. Fractographic analysis revealed the crack deflection as the main toughening mechanisms acting in the bulk Bioglass®. Time–dependent crack healing process was also observed. The further investigation on the non-equilibrium phases crystallized is required. All obtained results are discussed in detail and general recommendations for scaffolds with enhanced mechanical resistance are served.
|
|
|
Optimalizace součástí spojovaných lisováním za tepla
Liškář, Ladislav ; Řiháček, Jan (oponent) ; Lidmila, Zdeněk (vedoucí práce)
Práce popisuje postup při ověřování koncepční myšlenky firmy. Návrh a výroba prototypů, testy a jejich vyhodnocení, vyčíslení úspor. Byly zvoleny dvě varianty spoje s rozdílnou tloušťkou stěny trubky. u nich byl zkrácen dřík na d a 3 zalisované drážky. Tyto varianty byly následně podrobeny dvěma testům statickým a jednomu testu dynamickému. Doporučením pro firmu je pokračovat s dalšími fázemi vývoje zkráceného dříku o jednu drážku oproti současné výrobě.
|
|
|
Strukturní a mechanické charakteristiky niklových litin s kuličkovým grafitem
Tesařová, Hana ; Kohout, Jan (oponent) ; Kruml, Tomáš (oponent) ; Konečná,, Radka (oponent) ; Pacal, Bohumil (vedoucí práce)
Práce se zabývá posouzením vlivu niklu na strukturu a mechanické vlastnosti litin s kuličkovým grafitem (dále LKG) s feritickou a bainitickou matricí. Ke studii vlivu niklu byly použity dvě tavby volně litých klínů legované 0,5 a 2,7 % niklu, na nichž bylo pomocí obrazové analýzy provedeno kvantitativní vyhodnocení struktury a byly stanoveny základní mechanické charakteristiky. Následně byla provedena optimalizace doby dvoustupňového feritizačního žíhání a izotermického zušlechťování při teplotě 375 °C pro obě LKG, s cílem získání optimální feritické a bainitické struktury s nejvhodnějšími statickými a dynamickými mechanickými vlastnostmi. Vliv niklu přispívá, po feritizačním žíhání k substitučnímu zpevnění matrice, které pozitivně ovlivňuje její pevnostní vlastnosti. Přítomnost niklu u izotermického zušlechťování způsobuje posun dob transformací k delším časům, což má za následek méně karbidů a větší množství stabilizovaného austenitu, jak bylo potvrzeno pozorováním na transmisním elektronovém mikroskopu. Na optimalizovaných strukturách LKG byly následně provedeny zkoušky tahem a zkoušky nízkocyklové únavy při 23 °C a – 45 °C při stejných rychlostech deformace. Na začátku průběhu tahových křivek deformace-napětí u obou LKG docházelo k mikroplastické deformaci matrice při napětích nižších, než je smluvní mez kluzu, díky vrubovému účinku grafitických nodulí. Použitý Hollomonův vztah dobře popisoval jednotlivé úseky tahových křivek obou LKG včetně jejich srovnání. Ze zkoušek nízkocyklové únavy byly získány křivky cyklického zpevnění-změkčení, průběh modulů a parametrů tvaru hysterézních smyček, cyklické deformační křivky a křivky únavové životnosti. V průběhu cyklického zatěžování u bainitické LKG byl zjištěn úbytek stabilizovaného austenitu pomocí neutronové difrakce a vývoj povrchového reliéfu. Na základě těchto výsledku byla detailně popsána jak cyklická plasticita v relaci k lokalizaci deformace, tak i únavový degradační mechanismus LKG.
|
|
|
3D FDM tiskárna reprap a parametry tisku
Kratochvíl, Tomáš ; Dvořák, Jaromír (oponent) ; Zemčík, Oskar (vedoucí práce)
Tato práce shrnuje současné poznatky o domácím 3D tisku technologií FDM. Podstatou práce je demonstrovat nabyté znalosti formou stavby 3D tiskárny, která je schopná částečné sebereplikace, a zhodnocení jejich technologických parametrů. Experimentální část je zaměřena na vliv změny technologických podmínek při tisku na mechanické vlastnosti vytištěné součásti.
|
|
|
Identifikace parametrů elasto-plastických modelů materiálu z experimentálních dat
Jeník, Ivan ; Šebek, František (oponent) ; Kubík, Petr (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá problematikou identifikace křivky plastického zpevnění materiálu ze záznamu tahové zkoušky hladkého válcového vzorku. Nejprve je uveden teoretický základ nezbytný k řešení problému. Jsou definovány základní pojmy inkrementální teorie plasticity, popsáno provedení tahové zkoušky a zpracování jejích výstupů. Dále možnosti matematického vyjádření konstitutivního vztahu elasto-plastického materiálu, tedy samotné křivky zpevnění. Stručně je vysvětlen také mechanismus tvárného porušování materiálu. Je předložen přehled současně používaných metod identifikace křivky zpevnění materiálu z mechanických zkoušek, kdy napjatost není jednoosá. Jedná se buď o různé druhy analytické korekce přepočtových vztahů, odvozených pro napjatost jednoosou, nebo využití metod matematické optimalizace v kombinaci s numerickou simulací tahové zkoušky. Zmíněna je také nekonvenční metoda neuronových sítí. Pro 8 vybraných materiálů je provedena identifikace jejich křivky zpevnění metodou analytické korekce, optimalizace, sekvenční identifikace a pomocí neuronové sítě. Algoritmy posledních dvou metod byly modifikovány. Na základě analýzy získaných výsledků je doporučena oblast použití a nastavení parametrů jednotlivých algoritmů. Jako efektivní cesta k věrohodnému výsledku se ukázala kombinace principielně různých metod během procesu identifikace.
|
host ::
RSS.