|
|
Computational simulation of the compression test of the open cell metal foam
Homola, Václav ; Skalka, Petr (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
The thesis presents computational simulation of compression test of a nickel foam and the 3D reconstruction of micro-CT images was utilized to generate the foam’s model of geometry. Explicit FEM is used to simulate compression test using software tool LS-DYNA and the stress–deformation curve is obtained together with deformed model’s mesh used for subsequent analysis. Sensitivity analyses were performed to configure the model and ensure best fit with values obtained during real-life experiment. The ANSYS Classic environment was then used to simulate tensile test of the foam compressed to various thicknesses. The tensile moduli in three mutually perpendicular directions of nickel foam were computed and the results were compared to experimental values as well. The results of tensile test simulation revealed considerable anisotropy of the foam’s elastic behavior. It can be said that the measured experimental data correspond very well with the elastic properties obtained from simulation up to certain level of compression. Analysis of the relationship between the element size and tensile moduli showed a significant difference between fine and coarse mesh. The optimal level of discretization and the overall model configuration ensuring high level of accuracy is proposed in this thesis.
|
|
| |
|
|
Computational Simulation of Mechanical Tests of Isolated Animal Cells
Bansod, Yogesh Deepak ; Kučera,, Ondřej (referee) ; Florian, Zdeněk (referee) ; Canadas, Patrick (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Buňka tvoří složitý biologický systém vystavený mnoha mimobuněčným mechanickým podnětům. Hlubší pochopení jejího mechanického chování je důležité pro charakterizaci její odezvy v podmínkách zdraví i nemoci. Výpočtové modelování může rozšířit pochopení mechaniky buňky, která může přispívat k vytvoření vztahů mezi strukturou a funkcí různých typů buněk v různých stavech. Za tímto účelem byly pomocí metody konečných prvků (MKP) vytvořeny dva bendotensegritní modely buňky v různých stavech: model vznášející se buňky pro analýzu její globální mechanické odezvy, jako je protažení nebo stlačení, a model buňky přilnuté k podložce, který vysvětluje odezvu buňky na lokální mechanické zatížení, jako třeba vtlačování hrotu při mikroskopii atomárních sil (AFM). Oba zachovávají základní principy tensegritních struktur jako je jejich předpětí a vzájemné ovlivnění mezi komponentami, ale prvky se mohou nezávisle pohybovat. Zahrnutí nedávno navržené bendotensegritní koncepce umožňuje těmto modelům brát v úvahu jak tahové, tak i ohybové namáhání mikrotubulů (MTs) a také zahrnout vlnitost intermediálních filament (IFs). Modely předpokládají, že jednotlivé složky cytoskeletu mohou měnit svůj tvar a uspořádání, aniž by při jejich odstranění došlo ke kolapsu celé buněčné struktury, a tak umožňují hodnotit mechanický příspěvek jednotlivých složek cytoskeletu k mechanice buňky. Model vznášející se buňky napodobuje realisticky odezvu síla-deformace během protahování a stlačování buňky a obě odezvy ilustrují nelineární nárůst tuhosti s růstem mechanického zatížení. Výsledky simulací ukazují, že aktinová filamenta i mikrotubuly hrají klíčovou úlohu při určování tahové odezvy buňky, zatímco k její tlakové odezvě přispívají podstatně jen aktinová filamenta. Model buňky přilnuté k podložce dává odezvu síla-hloubka vtlačení ve dvou různých místech odpovídající nelineární odezvě zjištěné experimentálně při AFM. Výsledky simulací ukazují, že pro chování buňky je rozhodující místo vtlačení a její tuhost určují aktinová povrchová vrstva, mikrotubuly a cytoplazma. Navržené modely umožňují cenný vhled do vzájemných souvislostí mechanických vlastností buněk, do mechanické úlohy komponent cytoskeletu jak individuálně, tak i ve vzájemné synergii a do deformace jádra buňky za různých podmínek mechanického zatížení. Tudíž tato práce přispívá k lepšímu pochopení mechaniky cytoskeletu zodpovědné za chování buňky, což naopak může napomáhat ve zkoumání různých patologických podmínek jako je rakovina a cévní choroby.
|
|
|
Study of influence of input parameters for the numerical modeling of the compression test
Polách, Marek ; Keršner, Zbyněk (referee) ; Lehký, David (advisor)
The thesis analyses influence of input parametres of the 3D Non Linear Cementitious 2 material model for the numerical modeling of compression test performed in ATENA 2D and ATENA 3D software. The aim is to identify parametres with considerable influence and subsequently replicate the load-deflection curve obtained from laboratory compression test by numerical modeling. The effects of selected model and material model settings are studied on three kind of models in total. As tools for analyzing the effects, deterministic and statistic sensitivity analyses were chosen. Parametres with significant influence will be highlighted and added to the group of parametres obtained from numerical modeling of three-point bending test. This will create a set of parametres of considerable influence when it comes to modeling advanced structures with different types of stresses.
|
|
| |
|
|
Diagnostics of flooring failures and defects in the housing and civic construction
Vrtal, Roman ; Žítt, Petr (referee) ; Schmid, Pavel (advisor)
The object of the thesis is a description of preparation process, realization and subsequent treatment of floors based on calcium sulphate, including problems related to the issue. The aim of the work is to closely acquaint the reader with methods used in diagnostics of flooring failures and defects in the housing and civic construction, including practical applications of these methods on real structures. The work also includes experimental analysis of a real floor construction during local load effect.
|
|
|
Experimental and numerical analysis of strengthened reinforced concrete member with rigid boundary conditions
Ptáčková, Kristina ; Láník, Jaromír (referee) ; Žítt, Petr (advisor)
A proposal how to conduct a compression test of reinforced concrete objects with one beam inserted from both sides exposed to a four-point bending. A theoretical proposal of the most appropriate form of reinforcement of the reinforced concrete object including a suggestion how to increase its tensile strength based on the chosen crushing load and the positioning of the beam (static calculation). Presentation of the project, static compression test measurement and all the other necessary measurements (elastic modulus, strenth of the material etc.). Development of a mathematical model with the help of Atena software. Evaluation and comparison of the results in analytical and experimental part of the project. Recommendations for implementation of similar experimental tests.
|
|
|
Optimization of the safety shoe
Scholz, David ; Hrůza, Václav (referee) ; Sláma, David (advisor)
This thesis deals with designing shape modifications of a toecap used in Honeywell brand safety shoes. The thesis shows algorithm of compression test and impact test FEA in ANSYS software. The toecap was divided into areas according to von-Misses stress. Several modifications were made in all areas separately, according to design of experiments. Best of the modifications were combined together and two best combinations selected. The goals were verified by experimental testing of manufactured toecaps. The results were even a little bit better than simulations.
|
|
|
Computational Simulation of Mechanical Behaviour of Endothelial Cells
Jakka, Veera Venkata Satya ; Gumulec, Jaromír (referee) ; Majer, Zdeněk (referee) ; Matsumoto,, Takeo (referee) ; Burša, Jiří (advisor)
Ateroskleróza je v rozvinutém světě hlavní příčinou úmrtí a finančně zatěžuje zdravotnické systémy po celém světě. Převládající hemodynamické působení spolu s lokální koncentrací mechanického napětí hrají důležitou roli v lokální povaze aterosklerózy a jejím rozvoji ve specifických oblastech lidských cév. Endotel v krevních cévách je tvořen tenkou vrstvou buněk, ležící na rozhraní mezi krevním řečištěm a cévní stěnou. Dysfunkce endoteliálních buněk se podílí na hlavních patologiích. Například ateroskleróza se rozvíjí, když jsou narušeny bariérové a protizánětlivé funkce endotelu, což umožňuje akumulaci cholesterolu a dalších materiálů v arteriální stěně. U rakoviny je klíčovým krokem v růstu nádoru jeho vaskularizace a proces migrace endoteliálních buněk. Mechanické zatížení endoteliálních buněk hraje klíčovou roli v jejich funkci a dysfunkci. Počítačové modelování může zlepšit porozumění buněčné mechanice a tím přispět k poznání vztahů mezi strukturou a funkcí různých typů buněk v různých stavech. K dosažení tohoto cíle jsou v této práci navrženy konečnoprvkové modely endoteliálních buněk, tj. model buněk plovoucích v roztoku a model buněk přilnutých k podložce, které objasňují reakci buňky na globální mechanické zatížení, jako je tah a tlak, jakož i model buňky s jeho přirozeným tvarem uvnitř endoteliální vrstvy. Zachovávají hlavní principy tensegritních struktur, jako je předpětí a spolupůsobení jednotlivých součástí, ale prvky se mohou organizovat vzájemně nezávisle. Při implementaci nedávno navržené bendo-tensegritní koncepce uvažují tyto modely namáhání mikrotubulů nejen v tahu/tlaku, ale i ohybu a také zohledňují vlnitost intermediálních filament. Modely umožňují, že jednotlivé komponenty cytoskeletu mohou změnit svůj tvar a uspořádání bez zhroucení celé buněčné struktury, dokonce i když jsou odstraněny, a umožňují nám tak vyhodnotit mechanický přínos jednotlivých cytoskeletálních složek k buněčné mechanice. Navržené modely jsou validovány porovnáním jejich křivek síla-posunutí s experimentálními výsledky. Model plovoucí buňky realisticky popisuje silově-deformační odezvu buňky při tahu a tlaku a obě reakce ilustrují nelineární zvýšení tuhosti s mechanickým zatížením. Je simulována také tlaková zkouška ploché endoteliální buňky a porovnána s testem přilnuté buňky a jeho simulací. Poté se simuluje smykový test ploché buňky, aby se vyhodnotilo její chování při smykovém zatížení vyskytujícím se v cévní stěně v důsledku proudění krve. Poté byla zkoumána mechanická odezva ploché buňky ve vrstvě endotelu za fyziologických podmínek v arteriální stěně. Později byla zkoumána buněčná odezva při odtrhování od položky během cyklických úseků pomocí 3D simulací metodou konečných prvků. Navrhované modely poskytují cenné poznatky o vzájemných souvislostech mechanických vlastností buněk, o mechanické roli jednotlivých cytoskeletálních složek i jejich synergii a o deformaci jádra za různých podmínek mechanického zatížení. Proto by práce měla přispět k lepšímu pochopení cytoskeletální mechaniky, zodpovědné za chování buněk, což může zase pomoci při zkoumání různých patologických stavů souvisejících s buněčnou mechanikou, jako je rakovina a vaskulární onemocnění.
|
|
|
Study of deformation processes of perspective magnesium-based composites
Farkas, Gergely ; Mathis, Kristián (advisor) ; Száraz, Zoltán (referee)
The goal of the present work is investigation of deformation mechanisms in magnesium-based metal matrix composites and examination of the influence of morphology of strengthening phase on the mechanical properties. The microstructure of the specimen was studied by means of light optical and electron microscopy (SEM). Compression tests in the temperature range of 20řC-300řC were preformed. Acoustic emission measurements were performed during compression test at room temperature, whose help us elucidate the ongoing micromechanisms during the straining. Furthermore residual stress in the magnesium matrix at different strain levels was measured by neutron diffraction.
|
guest ::
