عنصر النمذجة منهجية الديناميكي تجربة محدودة لتقييم عالية معدل الانفعال الاستجابة الميكانيكية للالحيوية لينة

الهدف العام من هذا الإجراء هو الحصول على معدل إجهاد عالي أحادي المحوري ، واستجابة إجهاد الإجهاد الحقيقية للمواد الحيوية اللينة التي يتم اختبارها. يتم تحقيق ذلك عن طريق اختبار عينة دماغية أولا في شريط ضغط هوبكنسون مقسم أو جهاز SHPB ، ثم معايرة النسخة أحادية البعد من نموذج المادة مع استجابة إجهاد الإجهاد الحقيقية التجريبية. ثم يتم إجراء محاكاة العنصر المحدود أو FE لإعداد SHPB لتقييم متوسط اتجاه التحميل والضغط وإجهاد الخط المركزي للعينة.

تتمثل الخطوة الأخيرة في المقارنة المتكررة بين ملاءمة نموذج المواد أحادية البعد وإجهاد خط الوسط لمحاكاة FE ، واتجاه تحميل FE ثلاثي الأبعاد ، والإجهاد واستجابة إجهاد الإجهاد الحقيقي التجريبي حتى يتم الحصول على اتفاق جيد بين النتائج المذكورة أعلاه. في النهاية ، يتم استخدام منهجية العناصر المحدودة التجريبية المقترنة لإظهار أنه يمكن الحصول على استجابة إجهاد الإجهاد الحقيقي أحادي المحور للمواد الحيوية اللينة باستخدام SHPB. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل اختبارات أنبوب الصدمة هي أن هذه التقنية تجعل معدل الإجهاد العالي استجابة ميكانيكية محورية أحادية للمادة الحيوية الناعمة.

تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية نحو تشخيص إصابات الدماغ الرضحية من خلال نمذجة جسم الإنسان الافتراضية. لأن البيانات التي تم الحصول عليها من الطريقة الحالية يمكن أن تلتقط بدقة الإصابات المحلية والأضرار الناشئة عن الصدمة التي لحقت برأس الإنسان. خطرت لنا فكرة هذه الطريقة لأول مرة عند العمل على ربط بيانات تجربة معدل الإجهاد العالي للدماغ بنتائج الغدة الدرقية والنمذجة ، ويوضح هذا الإجراء الطبيب البيطري الدكتور جيم كولي ، طالب الدراسات العليا ، السيد سورو باتنايك ومساعد الباحث السيد ويلبورن ويتنغتون تحت إشراف طبيب بيطري ، يستخرج جراحيا أعضاء الخنازير مثل الدماغ ، الكبد أو العضلات أو الدهون أو الأوتار.

ثم ضعها في حاويات مملوءة بالفوسفات أو المحلول الملحي أو PBS للتخزين المؤقت. قم بتخزين حاويات PBS في مبرد مثلج وانقلها على الفور إلى منشأة الاختبار لإعداد العينات وتقسيم هوبكنز في شريط الضغط أو اختبار SHPB. بمجرد دخولك إلى منشأة الاختبار ، قم بإزالة عضو الخنزير من حاوية PBS وضعها على سطح معقم.

تحديد اتجاه الألياف الأساسية والمواقع لكل عينة اختبار. ثم استخدم صبغة أسطوانية بقطر داخلي 30 ملم لتشريح عينة الاختبار من عضو الخنازير. بعد ذلك ، استخدم سقالة لقص العينة إلى السماكة المحددة ونسبة العرض إلى الارتفاع لاختبار SHPB لعينات الخنازير.

السماكة من 10 إلى 15 ملم بينما نسبة العرض إلى الارتفاع هي النقطة 33 إلى 0.5. استخدم الفرجار لقياس السماكة والقطر في ثلاثة مواقع مختلفة. ضع قضيب المهاجم وشريط الحادث والشريط المرسل في الامتدادات المعدنية لاختبار SHPV.

تأكد من أن الأشرطة تتحرك بحرية عند اللمس وأن واجهاتها تتماشى مع بعضها البعض. توفير سدادة للشريط المرسل من أجل السلامة. قم بتوصيل المقاييس المتوترة ، والتمسك بالحادث والقضبان المرسلة بمكبر للإشارة.

قم بتشغيل مكبرات الصوت لتكييف الإشارة وكمبيوتر وحدة الحصول على البيانات. ثم قم بتهيئة برنامج التقاط البيانات عالي السرعة. تحقق من الالتقاط المباشر للإشارات لمعرفة ما إذا كانت تقع ضمن النطاق الطبيعي وإبطال إشارات الضوضاء بالنقر فوق أيقونة الصفر.

قم بتحميل قضيب المهاجم المجاور لغرفة الضغط. قم ببناء غرفة الضغط إلى الضغط المطلوب عن طريق فتح فوهة خزان النيتروجين ثم صمام مدخل غرف الضغط إلى صفر مقياس سرعة الليزر بالضغط على زر الصفر وضبطه لقراءة سرعة شريط المهاجم عن طريق ضبط شريط العاكس على شريط المهاجم. خلف مستشعرات الليزر.

ضع غرف حبس العينة بحيث لا تعيق حركة حركة الحادث وشريط الشريط المنعكس. ثم ضع شريط الحادث على اتصال بالشريط المرسل لأغراض المعايرة. قم بإجراء اختبار بدون عينة عن طريق تشغيل مفتاح الزناد لغرفة الضغط على شريط Stryker.

بعد المعايرة ، ضع عينة أسطوانية بين الحادث والشريط المرسل ثم أغلق غرفة حبس العينة. تأكد من عدم إجراء أي تكييف مسبق على العينة عن طريق تجنب تحميل وتفريغ العينة عدة مرات وإجراء الاختبار بعد اكتمال الاختبار. استخدم مناديل صحية يمكن التخلص منها لإزالة حطام العينة من شريط الحادث والقضيب المرسل وغرفة حبس العينات.

تخلص من جميع الحطام والمناديل المبللة في أكياس السلامة البيولوجية. تعقيم القضبان وغرفة الحبس. باستخدام محلول تنظيف الإيثانول بنسبة 70٪ ومناديل صحية.

افتح برنامج MSU عالي المعدل لتحليل هوبكنز في موجات الشريط. ابدأ البرنامج بفحص نافذة الإعدادات واختيار خيار ضغط التوتر في علامة تبويب الوضع للاختبار المحوري الأحادي. أيضا ، حدد مقياسين في علامة تبويب المقاييس وانقر فوق متابعة في النافذة الرئيسية ، حدد علامة التبويب المفتوحة للملف وانتقل إلى بيانات موجة الحادث من سجل مقياس الإجهاد على شريط الحادث ، وحدد علامة التبويب الملف المفتوح الثاني لاستيراد سجل مقياس إجهاد الشريط المرسل.

بعد ذلك ، حدد علامة تبويب المعلمات في النافذة الرئيسية وأدخل المعلمات الفيزيائية لإعداد الاختبار ، بما في ذلك أبعاد الشريط ، والجهد لعوامل الإجهاد ، ومواضع مقياس الإجهاد ، وثوابت التشتت اللزجة. انقر فوق متابعة. ثم حدد علامة التبويب تحديد البيانات في النافذة الرئيسية واستخدم أشرطة المؤشر لتقليل مجموعة البيانات إلى كمية البيانات التي تحتوي على الموجات المنعكسة والمرسلة للحادث فقط.

انقر فوق متابعة. في هذه المرحلة ، انتقل إلى علامة التبويب تحديد الموجات في النافذة الرئيسية واستخدم أشرطة المؤشر لحصر الموجة الساقطة في الرسم البياني للموجة الساقطة والموجة المنعكسة والرسم البياني للموجة المنعكسة والموجة المرسلة والرسم البياني للموجة المرسلة. ثم انقر فوق متابعة.

بعد ذلك ، حدد علامة التبويب الصحيحة في النافذة الرئيسية للسماح للبرنامج بتصحيح التشتت اللزج المرن. الآن حدد علامة التبويب shift في النافذة الرئيسية في الرسم البياني الموجي. استخدم المؤشر لسحب الموجات المنعكسة والمرسلة إلى نفس الموضع الأولي في الوقت المناسب.

عن طريق اختيار كل واحد على حدة. في علامة التبويب تحديد الموجة، اعرض جميع الموجات في الرسم البياني للبيان. بمجرد الانتهاء ، انقر فوق متابعة في ملف النتائج.

احفظ موضع موضع الحمل وملفات تعريف السرعة بالنقر فوق حفظ باستخدام عنصر محدود تجاري أو برنامج FE. قم بإنشاء نموذج FE لإعداد SHPB. ثم قم بتشغيل محاكاة FE.

تحقق من أن قياسات مقياس الإجهاد في التجربة ومحاكاة FE متفقة بشكل جيد. قم بدمج عينة المواد الحيوية في نموذج FE لإعداد SHPB. قم بتعيين تنفيذ ثلاثي الأبعاد لنموذج المواد المتغيرة للحالة الداخلية لعينة المواد الحيوية.

قم بمعايرة منحنى إجهاد الإجهاد الحقيقي للتجربة باستخدام منحنى إجهاد الإجهاد الحقيقي للنموذج عن طريق ضبط معلمات نماذج المواد المتغيرة للحالة الداخلية. ثم قم بتعيين ثوابت المواد المتغيرة للحالة الداخلية لعينة المادة الحيوية في نموذج FE لإعداد SHPB. بعد ذلك ، قم بتشغيل محاكاة FE باستخدام سرعة شريط Stryker ومعدل إجهاد تشوه العينة المقابل لاختبارات SHPB بنفس معدل الإجهاد.

في الخطوة الثانية من معايرة نموذج FE ، قم بتشغيل بيانات مقياس إجهاد محاكاة FE. SHPB تجربة برنامج ما بعد المعالجة MSU برنامج عالي المعدل. أخيرا ، قم بإجراء متوسط حجم لضغط اتجاه التحميل على طول عناصر الخط المركزي لعينة نموذج FE.

يتم توضيح فعالية المنهجية المقترنة هنا. تكون استجابة إجهاد الإجهاد التجريبي SHPV للدماغ في حالة إجهاد أقل مقارنة بحالة الإجهاد لمحاكي نقطة المادة أحادية البعد ، والتي تشبه متوسط حالة إجهاد خط الوسط لعينة FE. هذا يرجع إلى الطبيعة متعددة المحاور للتشوه.

هذا العرض الناعم BioMAT الموضح هنا عبارة عن ثوابت مادية تمثيلية للدماغ تم الحصول عليها من خلال منهجية محاكاة تجربة SHPB المقترنة F FE. تتم مقارنة مقاييس إجهاد تحليل العناصر المحدودة الافتراضية بمقاييس الإجهاد التجريبية ثم تتم مقارنة محاكي نقطة المواد ومتوسط خط الوسط FE في نفس الوقت لتحقيق اتفاق جيد. هنا تتنوع الثوابت المادية حتى يتفق أكثر من اثنين بشكل جيد.

يوضح هذا الشكل أن منحنى إجهاد الإجهاد الحقيقي التجريبي SHPB يقيس في الواقع الثري الأول للإجهاد بدلا من سلوك إجهاد الإجهاد أحادي المحور. ومن ثم فإن استخدام النتائج التجريبية ل SHPB وحدها سيكون خاطئا إذا لم يقترن بنمذجة نوع FE لتقييم السلوك المحوري الأحادي. بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في غضون 12 ساعة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن التجارب e متعددة المحاور عند اختبار مواد الأسلاك المخففة.