Formulation and implementation of a fractional order viscoelastic material model into finite element software and material model parameter identification using in-vivo indenter experiments for soft biological tissues
Yumuşak biyolojik dokular için kesirli türevler yardımıyla malzeme modeli oluşturulması ve sonlu elemanlar analizi yazılımına uygulanarak malzeme parametrelerinin yerinde canlı indentör deneyleri kullanılarak elde edilmesi
- Tez No: 305774
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ERGİN TÖNÜK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Makine Mühendisliği, Bioengineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 255
Özet
Literatürde bulunan yumuşak biyolojik doku malzeme modelleri, çoğunlukla tam sayı türevler yardımıyla ifade edilirler ve malzeme modelinde bulunan gerilme ve/veya gerinmenin türev derecesi tam sayıdır. Bunun aksine, tam sayılı olmayan türevler yardımıyla oluşturulan yumuşak doku malzeme modellerinin daha doğru ve güvenilir malzeme modelleri olduğu gösterilmiştir.Bu çalışmada, ilk olarak, yumuşak biyolojik dokular için kesirli (malzeme bağıntısındaki gerinmenin türev derecesi tam sayı olmayan) doğrusal viskoelastik malzeme modeli kuvvet-zaman-indentasyon deney verisine MATLAB® optimizasyon aracıyla uydurulmuş ve iki farklı tam sayı türevli malzeme modeliyle karşılaştırılmıştır.Kesirli malzeme modelinin, tam sayı malzeme modellerine görece olan üstünlüğü gösterildikten sonra, doğrusal viskoelastik kesirli malzeme modeli, doğrusal olmayan eşdeğerine sonlu deformasyonlar altında genişletilmiştir. Geliştirilen malzeme modelinin eşyönsüz (izotropik) ve homojen olduğu varsayılmıştır.Geliştirilen malzeme modeli için kullanıcı kodu oluşturularak, ticari sonlu elemanlar analizi programı Msc.Marc 2010'a uygulanması sağlanmıştır. Kullanıcı kodunun doğruluğu ise, küçük gerinme sonlu elemanlar analizi yapılarak, elde edilen sonuçlar doğrusal eşdeğer modelden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılarak gösterilmiştir.Son olarak, malzeme modelinin bilinmeyen sabitleri, evrik sonlu elemanlar metoduyla elde edilmiştir. Belli hassasiyetteki bir parametre setinin, üç farklı indentasyon test protolüne, başka bir ifadeyle, ?gevşeme?, ?sünme? ve ?devirli yükleme? protokollerine uyduğu gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Soft biological tissue material models in the literature are frequently limited to integer order constitutive relations where the order of differentiation of stress and/or strain is integer-valued. However, it has been demonstrated that fractional calculus theory applied in soft tissue material model formulation yields more accurate and reliable soft tissue material models.In this study, firstly a fractional order (where the order of differentation of stress in the constitutive relation is non-integer-valued) linear viscoelastic material model for soft tissues is fitted to force-displacement-time indentation test data and compared with two different integer order linear viscoelastic material models by using MATLAB® optimization toolbox.After the superiority of the fractional order material model compared to integer order material models has been shown, the linear fractional order material model is extended to its nonlinear counterpart in finite deformation regime. The material model developed is assumed to be isotropic and homogeneous.A user-subroutine is developed for the material model formulated to implement it into the commercial finite element software Msc.Marc 2010. The user-subroutine developed is verified by performing a small strain finite element analysis and comparing the results obtained with linear viscoelastic counterpart of the model on MATLAB®.Finally, the unknown coefficients of the fractional order material model are identified by employing the inverse finite element method. A material parameter set with an amount of accuracy is determined and the material model with the parameters identified is capable of simulating the three different indentation test protocols, i.e., ?relaxation?, ?creep? and ?cyclic loading? protocols with a good accuracy.
Benzer Tezler
- Development of 3D food printer and use of mushrooms in 3D food printer within the scope of new plant-based food production
3D gıda yazıcısı geliştirme ve mantarların bitkisel bazlı yeni ürün geliştirme çalışmaları kapsamında 3D yazıcıda kullanımı
EVREN DEMİRCAN
Doktora
İngilizce
2023
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK
- Pompa çarkları içindeki akışın sayısal çözümlenmesi
Başlık çevirisi yok
KEMAL SARIOĞLU
Doktora
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METE ŞEN
- Parallel solution of unsteady, incompressible three-dimensional Navier-Stokes equations with a new implicit method
Zamana bağlı, sıkıştırılamaz, üç boyutlu Navier-Stokes denklemlerinin yeni bir kapalı metodlar paralel çözümü
VİLDAN ÜSTOĞLU ÜNAL
Doktora
İngilizce
2003
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiAstronomi ve Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜLGEN GÜLÇAT
- Zamanda sonlu farklar yöntemi ve yutucu sınır koşulları
Başlık çevirisi yok
FUNDA AKLEMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekn. Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT SEVGİ
- Active lubrication interfaces with tunable micro-textures
Ayarlanabilir mikro-desen tabanlı aktif yağlama arayüzeyleri
SENA PEKOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLKER TEMİZER