Научный архив: статьи

Численно исследуются двумерный тетрахиральный метаматериал и влияние его структуры на механическое поведение. Изучено влияние изменения параметров хиральной структуры образца на его деформацию, напряжения и эффективные упругие свойства. Показано, что уменьшение объема базового материала в образце влечет уменьшение эффективного модуля Юнга. Выявлена: параметры структуры метаматериала, обеспечивающие ауксетические свойства. Наибольшее значение интегральной деформации, оцениваемой по отклонению образца из метаматериала от его исходного положения, замечено при рациональном соотношении длин элементов структуры.

Целью настоящего исследования было моделирование и оценка влияния повышенного уровня офтальмотонуса в передней камере глаза при факоэмульсификации на изменение напряжённого состояния различных структур глазного яблока.

Материалы и методы. Методом конечных элементов была создана упрощенная осесимметричная анатомическая модель глазного яблока. При помощи программного комплекса Deform решалась деформационная задача по расчётам перераспределения избыточного давления в передней камере глаза при факоэмульсификации на изменение напряжённого состояния различных структур глазного яблока.

Результаты. В ходе обработки результатов моделирования были получены данные о перераспределении избыточного давления, подаваемого в переднюю камеру глаза, в сторону его снижения в районе заднего полюса глаза. Уровень давления составлял 0,85 %
приложенного избыточного давления. Полученные данные подтверждаются немногочисленными экспериментами на животных.

Выводы. Предложенная нами модель влияния повышенного офтальмотонуса на изменение напряжённого состояния различных структур глазного яблока демонстрирует, что механизм ауторегуляции поддержания глазного кровотока на постоянном уровне включает механизм компенсации резкого подъёма внутриглазного давления за счёт упругих свойств стекловидного тела. Данная модель позволяет рассчитать перераспределение давления в различных отделах глаза, в зависимости от состояния эластичных свойств витриума, а также на авитреальных глазах и у пациентов с силиконовой тампонадой.

Возможность быстрого, удобного и точного определения массы груза в вагонах позволяет
повысить безопасность транспорта, а также обеспечить учет активов в железнодорожной инфраструктуре.

Известны трехмерные твердотельные модели участка железнодорожного пути и методики моделирования деформаций, возникающих в рельсах под действием механических нагрузок, передаваемых через вагонные колеса.

В соответствии с этими методиками происходит пересчет возникающих деформаций в вес вагонов.

Температура рельса влияет на его механические свойства и, соответственно, на величину его деформации.

В работе впервые предложена методика, позволяющая учитывать деформацию рельса под действием нагрузки с учетом изменения его температуры при различных граничных условиях.

Метод:

Согласно предложенному подходу, вес вагона определяется по величине деформаций, которые измеряются тензометрическими датчиками, расположенными на шейке рельса.

Разработанные модели включают железнодорожное колесо, шпалы и фрагмент рельса.

Фрагмент рельса, соответствующий участку пути, на котором устанавливаются датчики,
геометрически воспроизводит существующий тип рельса R50 и размещается на шпалах, зафиксированных с нижней стороны.

Модель колеса соответствует существующему типу цельнокатаных вагонных колес
с диаметром по кругу катания 920 мм, благодаря чему в модели сохраняется корректное пятно контакта.

Согласно методике, на разработанные твердотельные модели накладывается конечно-элементная сетка, устанавливаются соединения между фрагментами модели, применяются граничные и температурные условия, а также воздействующие силы.

Последовательно выполняется конечно-элементный анализ для всех возможных
комбинаций координаты колеса, нагружаемой массы и температуры.

Для каждого случая регистрируются значения деформаций в четырех узлах рельса, соответствующих местам установки тензодатчиков.

Проведено сравнение результатов конечно-элементного анализа для двух разработанных твердотельных моделей.

Модели отличаются способом

Обсуждается обусловленность глобальных матриц жесткости регулярных сеток конечных элементов. Предложена оценка сверху наибольшего собственного числа такой матрицы. Оценка строится по локальной матрице жесткости произвольного конечного элемента, следовательно, зависит только от размера и формы такого элемента и не зависит от количества конечных элементов, составляющих регулярную сетку. При построении оценки используются теорема Гершгорина и тот факт, что локальные матрицы жесткости конечных элементов регулярных сеток отличаются друг от друга только перестановкой блоков. На численном примере показано, что построенная оценка обладает высокой точностью и при большом количестве элементов, входящих в сетку, ее можно считать практически совпадающей с наибольшим собственным числом. Показано поведение оценки при изменении качества формы конечных элементов.

Исследование с помощью численного моделирования биомеханики имплантируемых медицинских изделий для сердечно-сосудистой хирургии является ценным инструментом для понимания глубинных механизмов клинических осложнений, возникающих при их применении.

Цель: описание и результаты применения численного метода моделирования аневризматического выбухания стенки сосудистого протеза на основе имитации деградации ее механических свойств.

Материал и методы: Моделирование осуществляли на примере трехмерной компьютерной модели, полученной путем высокоточного томографического сканирования участка сосудистого биопротеза «КемАнгиоПротез» (ЗАО «НеоКор», Россия). На основе полученной 3D-модели путем подключения специализированного скрипта в среде Abaqus/CAE (Dassault systemes, США) имитировали падение модуля упругости (от 100 до 10%) при возникновении запороговых напряжений в материале с накоплением пластической деформации.

Результаты. В ходе приложения 150 условных циклов давления показано, что модель реализует заложенный
функционал и вызывает выбухание сосудистой стенки до 0,7 мм в радиальном направлении при значительной
деградации механических свойств (на 90% относительно исходного модуля упругости) в результате длительного
воздействия давлением. Пластическая деформация составила максимально 0,55%.
Заключение. Исследованный в настоящей работе метод моделирования деградации свойств сосудистой стенки про-
демонстрировал возможность качественной и количественной оценки областей патологического аневризмообразова-
ния численными инструментами. Метод позволяет визуализировать участки выбухания и способен стать ценным ин-
струментом для дополнения существующих подходов к исследованию сосудистых протезов, особенно биологического
происхождения.

В работе приведена методика моделирования манипулятора, состоящего из двух элементов со сферической рабочей поверхностью: неподвижно зафиксированного элемента и находящегося в точечном контакте с ним подвижного элемента. Элементы содержат четыре сквозных отверстия, симметричных относительно центра, через которые проходят стержни, закрепленные на нижней поверхности подвижного элемента. Качение подвижного элемента осуществлялось за счет вертикального перемещения стержней. Получены траектории перемещения подвижного элемента, а также напряжено-деформированные состояния элементов и стержней. Предложенная модель позволяет моделировать напряженно-деформированное состояние рассматриваемого типа манипулятора в зависимости от геометрии составных частей манипулятора, материалов элементов и стержней, внешних воздействий и ориентации элементов (учет влияния гравитации). Базовая модель может быть использована для построения модели многоэлементного манипулятора.