Numerička analiza cilindrične konstrukcije izrađene od dva polimerna materijala metodom 3D ispisa

undergraduate thesis

• Title (english): Numerical analysis of a 3D printed cylindrical design made out of dual polimeric material
• Author: Jurica Rožić
• Mentor: Igor Karšaj (mentor)
• Committee member: Davor Ljubas (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Igor Karšaj (član povjerenstva)
• Committee member: Lovorka Grgec Bermanec (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2019-09-25, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering

Abstract

Ovaj rad dio je projekta Fakulteta Strojarstva i Brodogradnje koji teži pronaći geometrijske i materijalne parametre s kojima će se moći napraviti uzorak umjetnog tkiva čije će mehaničko ponašanje aproksimirati ponašanje ljudske zajedničke karotidne arterije. Uzorak umjetnog tkiva se radi višekomponentnim 3D ispisom. Aditivna tehnologija, specifično tehnologija 3D ispisa, već se upotrebljava u medicini za ispis proteza i kostiju, i trenutno se radi na razvoju bio kompatibilnih polimera za nadomještanje i drugih tipova tkiva. Zajednička karotidna arterija ima veoma kompliciranu strukturu. Modeliranje i 3D ispisivanje takve strukture bi bilo prezahtjevno, ako ne i neizvedivo sa dostupnim tehnologijama. Umjesto direktnog modeliranja stvarne strukture arterije, projekt ispituje ponašanje različitih pojednostavljenih geometrijskih modela. Glavna prepreka repliciranju mehaničkog odziva sa pojednostavljenom geometrijom jest heterogena i anizotropna priroda arterija: tkivo ima nelinearni, očvršćujući odziv na opterećenje. Takav odziv se ne može jednostavno nadomjestiti postojećim tehničkim materijalima. Umjesto toga, pokušava se postići sa raznim geometrijskim varijacijama modela sastavljenog od dva različita materijala. Krući materijal (u daljnjem tekstu: vlakna) ima svrhu nositi većinu opterećenja i svojim oblikom ostvariti očvršćujući odziv. Podatljiviji materijal (u daljnjem tekstu: matrica) ima svrhu, među ostalim, zapuniti praznine između vlakana kako bi konačni model bio pravilni šuplji cilindar. Cilj ovog rada je ispitati da li je sa jednim od tih pojednostavljenih modela (u daljnjem tekstu: zadana geometrija) moguće postići ponašanje umjetnog tkiva kojem projekt teži. Vlakna zadane geometrije su 2 suprotno orijentirana niza nakošenih ovalnih toroida. Pojedina vlakna nisu u međusobnom dodiru i spaja ih samo matrica. U radu su opisani građa arterije, uvjeti izvršavanja simulacija (rubni uvjeti, simetrija, opterećenje), korišteni materijalni modeli. Razvijene su dvije metode numeričkog rješavanja zadanog problema. Opisan je proces razvoja metoda, problemi kod primjene i rješenja tih problema. Metode su uspoređene i prikladnija je odabrana za detaljnu analizu problema. Detaljna analiza problema uključuje simulaciju sa vrlo gustom mrežom konačnih elemenata, provjeru konvergencije mreže i provjeru ispravnosti odabira vanjskih dimenzija modela. Opisan je način mjerenja (odnosno računanja) cirkularnog istezanja. Također je napravljeno nekoliko dodatnih simulacija u svrhu testiranja zadane geometrije bez da je ona ograničena sa trenutno dostupnim materijalima za 3D ispis.

• Keywords: Metoda konačnih elemenata; Karotidna arterija; Arterije; Hiperelastični materijal; 3D ispisivanje
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:278121
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva (sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2019-09-25 15:06:25