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

završni rad

• Naslov (engleski): Numerical analysis of a 3D printed cylindrical design made out of dual polimeric material
• Autor: Jurica Rožić
• Mentor: Igor Karšaj (mentor)
• Član povjerenstva: Davor Ljubas (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Igor Karšaj (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Lovorka Grgec Bermanec (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2019-09-25, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Strojarstvo

Sažetak

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.

• Ključne riječi: Metoda konačnih elemenata; Karotidna arterija; Arterije; Hiperelastični materijal; 3D ispisivanje
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:278121
• Studijski program: Naziv: Strojarstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: preddiplomski; Akademski / stručni naziv: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva (univ. bacc. ing. mech.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2019-09-25 15:06:25