Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Silani,Mehdi Karevan,Hossein Farrokhpour
محمد سیلانی (استاد راهنما) مهدی کاروان (استاد مشاور) حسین فرخ پور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hamid Alijani
حمید علی جانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Multiscale Modeling of Molecular Dynamics-Phase Field of PLA/HA Porous Scaffolds for Extraction of Elastic Modulus and Fracture Strength
The purpose of this study was to determine the elastic modulus and fracture strength of Polylactic acid/Hydroxyapatite nanocomposite. Due to the biodegradability and excellent mechanical properties, the PLA/HA nanocomposite can be used as a porous scaffold constituent. Porous scaffolds are three-dimensional polymeric porous structure with higher porosities and a homogeneous interconnected pore network, which are highly useful for tissue engineering. The mechanical behavior of PLA/HA nanocomposite will be predicted through a multiscale modeling framework, focussed at two separate macro and nano length scales. At the nanoscale Using molecular simulations, the PLA/HA interface adhesion quality and Interphase thickness were determined by PCFF-INTERFACE and Dreiding forcefields. It was observed that Interphase would be formed with a 0.4 nm thickness, and the PLA/HA interface adhesion can be considered as fully bonded. The information derived from the nanoscale will then be used to describe the behavior of macro-level models of the PLA/HA nanocomposites. At this scale, Firstly, a Representative Volume Element (RVE) for PLA/HA nanocomposite was identified, whereby the polycrystalline hydroxyapatite mineral components were separately dispersed. Using an appropriate homogenization strategy, this approach will predict the elastic modulus of the PNC under periodic boundary conditions. To predict the fracture strength of PNCs, we discretized a novel phase-field damage model for implementing as user subroutines UEL in the finite element software Abaqus. Furthermore, by identifying a new technique to use the Phase-field damage model on the macro-scale, the fracture strength of the PLA/HA nanocomposite is determined at different volume fractions. Keywords: Polylactic acid, Hydroxyapatite, Nanocomposite, Phase-field model, Molecular Dynamics, Finite Elemenet mode
در این پژوهش هدف محاسبه ی مدول الاستیک و استحکام شکست نانوکامپوزیت پلی hy;لاکتیک اسید-هیدروکسی آپاتیت می باشد. نانوکامپوزیت پلی hy;لاکتیک اسید- هیدروکسی آپاتیت، به علت خاصیت زیست تخریب پذیری و خواص مکانیکی مناسب، می تواند به عنوان ماده سازنده ی داربست های متخلخل مورد استفاده قرار گیرد. داربست های متخلخل، موادی با حفره های پیوسته بوده که سلول استخوانی روی آن کشت شده و درنهایت با تجزیه ماده کامپوزیتی و رشد سلول، توده ای استخوانی به شکل داربست به وجود می آید. شبیه سازی رفتار مکانیکی PLA/HA در دومقیاس نانو (مولکولی) و میکرو(پیوسته) انجام می شود. در مقیاس نانو با اعمال شبیه سازی های دینامیک مولکولی اطلاعاتی بدست آورده که در مقیاس میکرو از آن استفاده می شود. در این پژوهش در مقیاس نانو وجود یا عدم وجود فازمیانی به کمک دو میدان نیروی PCFF-INTERFACE و Dreiding و با روش دینامیک مولکولی بررسی شده و مشاهده شد که یا فاز میانی تشکیل نمی شود و یا با ضخامت ناچیز حدود 4/0 نانومتر تشکیل خواهد شد. همچنین در این مقیاس به بررسی شدت چسبندگی پلیمر و ذره پرداخته شد که درنهایت به صورت کاملا به هم پیوندزده شده در نظر گرفته شدند. در مقیاس میکرو با ساخت هندسه کامپوزیت و اعمال شرایط مرزی تناوبی روی مرزها، مدول الاستیک با روش های محاسباتی بدست آمد. به علت تطابق خوب نتایج با مقادیر تجربی، می توان گفت محاسبات مربوط به ضخامت فازمیانی با روش دینامیک مولکولی و محاسبات این بخش صحیح انجام پذیرفته است. همچنین به منظور بررسی رفتار شکست کامپوزیت، با استفاده از مدل آسیب میدان فاز، نحوه گسسته سازی اجزای محدود آن بیان و روشی به منظور استفاده مدل در مقیاس میکرو بیان شد. سپس به کمک سابروتین UEL آباکوس، استحکام کششی PLA/HA در درصدهای حجمی مختلف به کمک روش میدان فاز محاسبه شد. به علت تطابق خوب نتایج با مقادیر آزمایشگاهی می توان از صحت نتایج شدت چسبندگی پلیمر و ذره در محاسبات مولکولی و صحت محاسبات میدان فاز اطمینان حاصل نمود. کلمات کلیدی: پلی لاکیتک اسید، هیدروکسی آپاتیت، نانوکامپوزیت، دینامیک مولکولی، مدل میدان فاز، روش اجزاءمحدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی