Πειραματικά και υπολογιστικά μοντέλα μαλακών βιολογικών ιστών

DSpace/Manakin Repository

Show simple item record

dc.contributor.author Κούβακα, Άρτεμις el
dc.contributor.author Kouvaka, Artemis en
dc.date.accessioned 2015-07-24T09:02:21Z
dc.date.available 2015-07-24T09:02:21Z
dc.date.issued 2015-07-24
dc.identifier.uri https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41033
dc.identifier.uri http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4422
dc.description Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική” el
dc.rights Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα *
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/ *
dc.subject Preconditioning en
dc.subject Finite elements en
dc.subject Soft tissues en
dc.subject Material models en
dc.subject Uniaxial testing en
dc.subject Πεπερασμένα στοιχεία el
dc.subject Υλικά μοντέλα el
dc.subject Μαλακοί ιστοί el
dc.subject Μηχανική του καρδιαγγεικού συστήματος el
dc.subject Μονοαξονική επιμήκυνση el
dc.title Πειραματικά και υπολογιστικά μοντέλα μαλακών βιολογικών ιστών el
heal.type masterThesis
heal.secondaryTitle Experimental and computational models of soft biological tissue en
heal.classification Biomechanics en
heal.classificationURI http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85014236
heal.language el
heal.language en
heal.access free
heal.recordProvider ntua el
heal.publicationDate 2014-10-15
heal.abstract Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης του preconditioning στις μηχανικές ιδιότητες των μαλακών βιολογικών. Θα χρησιμοποιηθούν πειραματικές και υπολογιστικές μέθοδοι που αποσκοπούν στον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων του ιστού, με βασικό στόχο την ανάδειξη των διαφορών που επέρχονται στο υλικό του ιστού από το preconditioning. Οι μηχανικές ιδιότητες των αρτηριακών τοιχωμάτων έχουν ενδιαφέρον επειδή επηρρεάζουν την αρτηριακή βιολογία κατι την ανάπτυξη και πρόοδο αρτηριακών νόσων μέσω της επίδρασης τους στη ροή του αίματος και την ανάπτυξη της αρτηριακής μάζας. Επιπλέον, οι τάσεις και παραμορφώσεις που αναπτύσσονται στα αρτηριακά τοιχώματα είναι εξαιρετικής σημασίας παράγοντες στην κατανόηση της παθοφυσιολογίας και μηχανικής του καρδιαγγεικού συστήματος, πεδία με τα οποία η αναγεννητική μηχανική των ιστών συνδέεται άμεσα. Οι τάσεις και παραμορφώσεις δε μπορούν να αναλυθούν περαιτέρω χωρίς ακριβή γνώση των μηχανικών ιδιοτήτων των τοιχωμάτων. Η παρούσα εργασία εξετάζει την μηχανική απόκριση λωρίδων χοιρινής θωρακικής αορτής κατά την αξονική και την περιμετρική κατεύθυνση κάτω από μονοαξονική επιμήκυνση ως τη θραύση χαμηλού παραμορφωσιακού ρυθμού. Τέσσερις ομάδες δοκιμίων εξετάστηκαν (n =6 ανά ομάδα), ανά κάθε κατεύθυνση, με ή χωρίς preconditioning. Τα δεδομένα φορτίου – μετατόπισης μετατράπηκαν σε γραφήματα τάσης – παραμόρφωσης από τα οποία υπολογίστηκαν οι εξής παράμετροι: • Μέτρο ελαστικότητας της φάσης ελαστίνης • Μέτρο ελαστικότητας της φάσης κολλαγόνου • Παραμόρφωση μετάβασης • Τάση μετάβασης • Μέγιστη τάση επιμήκυνσης • Παραμόρφωση αστοχίας Οι παραπάνω παράμετροι ελέχθηκαν για παρουσία στατιστικώς σημαντικών διαφορών χρησιμοποιώντας το t – test του Student ανάμεσα στις ομάδες με και χωρίς preconditioning για την αξονική και περιφερειακή κατεύθυνση. Έπειτα, οι καμπύλες τάσεων – παραμορφώσεων χρησιμοποιήθηκαν για την εύρεση μοντέλων υλικών που περιγράφουν καλύτερα την συμπεριφορά του ιστού. Τα μοντέλα με υψηλό ποσοστό συσχέτισης πειραματικών δεδομένων με θεωρητικών προβλέψεων χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση ενός υπολογιστικού μοντέλου της αορτής με πεπερασμένα στοιχεία. Η αορτή μοντελοποιήθηκε ως ενας σωλήνας σταθερού πάχους κάτω από εσωτερική πίεση 120 mmHg (μέγιστη φυσιολογική in vivo πίεση). Δύο γεωμετρίες υλοιποιήθηκαν. Η μία περιλάμβανε το μοντέλο αορτής με τους βαθμούς ελευθερίας των δύο άκρων του πλήρως δεσμευμένους και η δεύτερη τους βαθμούς του ενός άκρου πλήρως δεσμευμένους ενώ το άλλο άκρο ήταν ελεύθερο με ένα έμβολο ενσωματωμένο. Τα αποτελέσματα των υπολογιστικών προσομοιώσεων συγκρίθηκαν με πειραματικά δεδομένα από τη βιβλιογραφία. Λέξεις κλειδιά : Preconditioning, θωρακική αορτή χοίρου, πεπερασμένα στοιχεία, μοντέλα υλικών, μονοαξονική έπιμήκυνση, μηχανική του καρδιαγγεικού συστήματος, υπολογιστικά μοντέλα el
heal.abstract Τhe purpose of this thesis is the examination of the effect of preconditioning on the mechanical properties of soft biological tissue. Experimental and computational methods will be used to determine the mechanical properties of the tissue with the highlighting of the differences that occur in the tissue material from preconditioning being the main objective. Mechanical properties of arterial walls are of interest because they influence arterial biology and the development and progress of arterial diseased via effect on blood flow an arterial mass transport. In addition, stresses and strains developed in arterial walls are extremely important factors in the understanding of the pathophysiology and mechanics of the cardiovascular system. The stress and strain cannot be analysed without exact knowledge of the mechanical properties of the wall. The present thesis examines the mechanical response of strips of porcine thoracic aorta along the axial and circumferential directions under low strain rate uniaxial loading to failure. Four groups of samples were tested (n = 6 per group) along the two directions, with or without preconditioning. The load – elongation data were transformed into stress – strain curves from which the following parameters were calculated: • Elastin phase elastic modulus • Collagen phase elastic modulus • Transition strain • Transition stress • Ultimate tensile strength • Failure strain Student’s t – test was used to detect significant differences between the groups with and without preconditioning for the axial and circumferential directions. The stress – strain curves were then used for the fitting of material models that better described the mechanical behaviour of the tissue. The best models were then used for the implementation of a computational model of the aorta with finite elements. The aorta was modelled as a straight tube with constant thickness under internal pressure equal to the maximum physiological in vivo pressure (120 mmHg). Two geometries were implemented. In the first geometry the ends of the aorta model had all the degrees of freedom fixed and in the second the degrees of freedom of one end were fixed while the other one was free and plugged. The results of the computational simulations were compared to literature results from inflation tests of the porcine thoracic aorta. Keywords : Preconditioning, thoracic porcine aorta, finite elements, material models, uniaxial tension, cardiovascular biomechanics, computational models en
heal.sponsor This research was funded by the People Programme (Marie Curie Actions) of the European Union's Seventh Framework Programme FP7/2007-2013/ under REA grant agreement n° 317512.   en
heal.advisorName Προβατίδης, Χριστόφορος el
heal.advisorName Κορώσσης, Σωτήριος el
heal.committeeMemberName Θεοτόκογλου, Ευστάθιος el
heal.committeeMemberName Σιδερίδης, Αιμίλιος el
heal.academicPublisher Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών el
heal.academicPublisherID ntua
heal.numberOfPages 88 σ.
heal.fullTextAvailability true

Files in this item

The following license files are associated with this item:

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα Except where otherwise noted, this item's license is described as Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα