Skip to main content
SUPERVISOR
Mojtaba Mahzoun,Mahdi Moghimi zand,Mehdi Salmani tehrani
مجتبی محزون (استاد مشاور) مهدی مقیمی زند (استاد راهنما) مهدی سلمانی تهرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Matin ghahfarokhi
زهرا متین قهفرخی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Developing a New Non-linear Homogeneous Hyperviscoelastic Constitutive Model Case Study: The Liver Tissue Behavior
: Soft materials, such as polymers and biological tissues, have several engineering and biomechanical applications. Characterizing of mechanical behavior of soft materials has been faced with a tremendous challenge, due to strain-rate- and time-dependent nature. The former is known as short-term, while the latter is termed as long-term behaviors. While different properties of tissues have already been extensively examined, some behavioral aspects, such as dependence of the stress relaxation behavior on the strain levels, have not been studied yet. In this thesis, a new 3D non-linear hyperviscoelastic constitutive model is proposed for an isotropic homogeneous compressible material. The model consists of two parts; hyperelastic and viscous parts. The well-known neo-Hookean strain energy functions is used to represent the hyperelastic part, and the short-term viscous part is described using a differential-type theory. In order to achieve the latter, a new strain energy function is suggested, which depends on both the right Cauchy-Green deformation tensor and its material derivative. Therefore, unlike most of the existing differential-type models, the model is able to account for stress reduction in a stress relaxation test. Moreover, the long-term viscous function, which represents the history of deformation, is formulated using an integral framework which depends on the strain level. The material constants of the model are determined by fitting the constitutive relation to experimental data. For this purpose, uniaxial compression and stress relaxation tests were carried out on bovine liver tissue. To demonstrate the capabilities of the proposed constitutive model, a UMAT subroutine has been developed to implement the model into ABAQUS software. In order to validate the model, experimental data for a polymeric, published in the literature, been used to compare with the model prediction. The results show that the model can well predict the nonlinear, strain-rate-dependent behavior, during loading and relaxation phases, at different strain levels. Keywords: Liver tissue, Long-term viscous function, Non-linear hyperviscoelastic model, Soft material, Subroutine UMAT.
مواد نرم، مانند پلیمرها و بافت های زیستی، کاربردهای بسیاری در مهندسی و بیومکانیک دارند. ویژگی وابستگی رفتار به نرخ کرنش (کوتاه-مدت) و زمان (دراز-مدت) در این مواد، تعیین رفتار مکانیکی آن ها را با چالش روبرو کرده است. تا کنون بسیاری از ویژگی های بافت ها به‌طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. با این‌حال برخی از جنبه‌های رفتاری آن ها، مانند وابستگی رفتار وارهیدگی تنش به ترازهای مختلف کرنش، مطالعه نشده است. در این رساله یک مدل هایپرویسکوالاستیک همسان‌گرد غیرخطی سه‌بعدی جدید، با در نظر گرفتن وابستگی رفتار به زمان و تاریخچة تغییرشکل، پیشنهاد شده است. مدل از دو قسمت هایپرالاستیک و لزج تشکیل شده است. قسمت هایپرالاستیک با استفاده از تابع انرژی کرنشی مونی-ریولین توسعه‌یافته توصیف شده است. اما برای پیش‌بینی سهم لزج کوتاه-مدت، یک تابع انرژی اتلاف جدید پیشنهاد شده است که وابسته به تانسور تغییرشکل کوشی-گرین راست و مشتق زمانی آن است. در نتیجه، با به‌کارگیری این تابع انرژی امکان مشاهده‌ی کاهش تنش در آزمون وارهیدگی وجود خواهد داشت. بیشتر مدل های دیفرانسیلی که تا کنون در این زمینه پیشنهاد شده اند، چنین قابلیتی ندارند. هم چنین تابع لزج دراز-مدت، که بیان‌گر تاریخچة تغییرشکل است، با بهره گیری از یک چارچوب انتگرالی که دربردارندة مشتق زمانی تنش به‌دست آمده از لزجت کوتاه-مدت و وابسته به تراز کرنش است، محاسبه شده است. ثابت‌های مادی مدل با برازش رابطة ساختاری و داده های آزمایشگاهی تعیین می شوند. برای این منظور، آزمون‌های فشار تک‌محوره و وارهیدگی تنش بر روی بافت کبد گاو انجام و نتیجه‌های آن‌ها گزارش شده است. هم‌چنین با توسعة یک زیربرنامة UMAT، مدل ساختاری پیشنهاد شده در نرم‌افزار آباکوس پیاده شده و برای بررسی توانمندی مدل پیشنهادی، نتیجه‌های به‌دست آمده از مدل با آزمون های تجربی مقایسه گردید. علاوه براین به‌منظور اعتبارسنجی مدل ساختاری پیشنهادی، از داده‌های تجربی مربوط به مواد پلیمری که در مقالات ارائه شده است، استفاده شد. یافته ها نشان می‌دهند که مدل به‌‌خوبی می تواند رفتار غیرخطی، وابسته به نرخ کرنش و پاسخ وارهیدگی تنش را در ترازهای مختلف کرنش، پیش بینی کند. واژه های کلیدی: مادة نرم، بافت کبد، مدل هایپرویسکوالاستیک غیرخطی، رفتار لزج دراز-مدت، زیربرنامة UMAT

ارتقاء امنیت وب با وف بومی