A topology optimized model based on the level-set method for porous bone scaffolds
Gözenekli kemik doku iskelesi için level set yöntemine dayalı topoloji optimizasyonu
- Tez No: 461047
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜLLÜ KIZILTAŞ ŞENDUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 71
Özet
İyi tasarlanmış gözenekli bir kemik doku iskelesinde, biyolojik uyum ve mekanik fonksiyonellik arasındaki dengeyi sağlayacak bir yapıya ihtiyaç duyulmaktadır. Bu duruma, hem gözenekli yapının yeniden doku oluşturması hem de yükün sağlam yapı tarafından olası en iyi şekilde taşınmasını sağlayan dengeli tasarımdaki ödünleşim örnek olarak verilebilir. Bu tezde, kendi kendini iyileştirme modeline göre doku yenilenmesine uğramış kemik iskelesinin optimal tasarımına ve analizine olanak sağlayan bir çalışma sunulmuştur. Hesaplamalı modeller, sonlu elemanlar analiz modeli (FEA) oluşumuna olanak sağlayan COMSOL Multiphysics kullanılarak kurulmuştur. Geliştirilen FEA modeli, dokunun optimal yapıya ulaşmasını amaçlarken, farklı disiplinlere ait sınır değer problemlerinin ve matematiksel denklemlerin birleştirildiği ve aynı anda çalışılmasına dayanır. Kendi kendine iyileştirme modellerini simüle edebilmek için, doku yenilenmesini taklit eden 'mechano-regulatory' modeli geliştirilmiştir. Topoloji optimizasyon modelinde tasarım süreci, fiziksel kısıtları sağlayan rastgele bir başlangıç geometrisi ile başlar ve 'level-set' metodunu kullanır. Bu geometri yakınsama sağlanana kadar, her zaman diliminde duyarlılık analizine göre güncellenerek iyileştirilir. Topoloji optimizasyonu ve 'mechano-regulatory' yöntemlerinin sonuçları, literatürde bilinen problemlerin sonuçları ile doğrulanmıştır. 'Level-set' bazlı topoloji optimizasyonu ile birleştirilmiş olan sonlu elemanlar yönteminin, sezgisel olmayan doku mühendisliği problemlerinin çözümünde en verimli ve kapsamlı tasarım aracı olduğu kanıtlanmıştır. Bu nedenle, önerilen tasarım çerçevesi, fiziksel modeller uygun olduğunda, diğer sert ve yumuşak doku tasarımlarında da eşit derecede uygulanabilecek özelliktedir.
Özet (Çeviri)
In a well-designed porous scaffold, there is a need for a convenient balance between biological compatibility and mechanical functionality such that the porosity permits tissue regeneration and solid structure carries the load in the best possible way. In this thesis, a design framework that allows for the optimal design and analysis of a bone scaffold which undergoes tissue regeneration according to a self healing model is proposed. Computational models are implemented using COMSOL Multiphysics which provides the opportunity to build an FEA (Finite Element Analysis) model where boundary value problems from different disciplines and mathematical equations are coupled and studied at the same time to reach an optimally performing tissue. To simulate the self healing process a mechano-regulatory model is developed mimicking tissue regeneration. As the topology optimization design method, level-set method is employed, where the design process starts with an initial geometry, that satisfies physical constraints. At each time step, this geometry is improved based on sensitivity analysis results until convergence is reached. Results of both the mechanoregulatory and the topology optimization methods validate well-known benchmark design problems in literature. Finite element method integrated to the level-set based topology optimization is proven to be among the most computationally eficient and generic design tool for solving non-intuitive tissue engineering problems. Hence, the proposed design framework, when implemented with corresponding physical models, is equally applicable to other hard and soft tissue designs.
Benzer Tezler
- Elektrik güç sistemlerinde durum kestirimi
Electrical power system state estimation
YEŞİM NEMLİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- Improving machine tool design trough novel analytical and numeric methods
Başlık çevirisi yok
ESRA YÜKSEL
- Optimization of structures in the frequency domain
Yapıların frekans uzayında optimizasyonu
ALİYYE KARA
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUĞAN
PROF. DR. İBRAHİM EKSİN
- Elektrik motoru seçim kriterleri ve kontrol organına bir limiter konulmuş motorun optimal parametrelerinin simpleks metodu ile tayini
Başlık çevirisi yok
VOLKAN ÇAKMAKÇI
- Akıllı şebekelerde kablosuz algılayıcı ağların optimal kullanım planlarının geliştirilmesi
Developing optimal usage plans for wireless sensor networks in smart grid
ELİF ZEYNEP SERPER
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL ALTIN KAYHAN