Моделирование напряженно-деформированного состояния митрального клапана под действием динамической нагрузки
Построение графика зависимости амплитуды перемещений от частоты воздействий. Определение зависимости напряжений на концентраторе от частоты воздействия. Моделирование митрального клапана как упругого объекта с соответствующим коэффициентом Пуассона.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | отчет по практике |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.01.2020 |
| Размер файла | 680,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Институт Прикладной Математики и Механики
Кафедра «Теоретической механики»
ОТЧЕТ
о выполнении лабораторной работы по вычислительной механике
«Моделирование напряженно-деформированного состояния митрального клапана под действием динамической нагрузки»
Выполнил студент гр.33604/1 Степанов М.Д.
Руководитель Ассистент Ле-Захаров С.А.
Санкт-Петербург 2016
Содержание
Постановка задачи
Выполнение расчетов в ABAQUS
Результаты
Выводы
Литература
Постановка задач
Используется митральный клапан (Рис.1). Митральный клапан моделируется круглой мембраной с прорезью. Точки на концах прорези представляют наибольший интерес для нас, т.к. являются концентраторами максимальных напряжений. Нужно рассчитать влияние частоты сокращения сердца на перемещение и напряжения на концентраторе, а именно:
1. Построить график зависимости амплитуды перемещений от частоты воздействия.
2. Построить график зависимости напряжений на концентраторе от частоты воздействия.
Рис. 1 Эскиз митрального клапана
Исходные данные[1]:
d = 2.6 см - диаметр клапана;
h = 0.005 м - толщина клапана;
E = 40700000 Па - модуль Юнга для соединительной ткани;
= 0.48 - коэффициент Пуассона для соединительной ткани;
P = 12000 Па - давление, приложенное к поверхности клапана;
Края клапана закреплены (.
Амплитуда давления на поверхность клапана смоделирована согласно рисунку 2. Стоит заметить, что в данной версии модели митрального клапана использовано только давление со стороны левого желудочка.
Рис. 2 Давление на поверхность клапана
Выполнение расчётов в ABAQUS
амплитуда напряжение концентратор воздействие
Митральный клапан смоделирован как упругий объект с соответствующим модулем Юнга и коэффициентом Пуассона. Сам митральный клапан представлен мембраной. Полученную модель будем исследовать с помощью динамического решателя (Dynamic Step). При моделировании использованы линейные треугольные элементы типа M3D3 (рисунок 2) (прим. - число элементов, - число узлов.
Рис. 2 Конечно-элементная модель клапана
Результаты
В Таблице 1 приведены данные для задания амплитуды при нормальном сокращении сердца (w0 = 5) (рисунок 3), а также рассмотрены два случая: частота сокращения больше на 25%(w = 6.25) и меньше 25% (w = 3.7).
Заголовки в таблице написать по-русски, указать единицы измерения (в заголовках)
Таблица 1
Амплитуды: при нормальном сокращении, с частотой 1.25w0 и с частотой 0.75w0.
|
w0 = 5 |
w = 1.25 w0 |
w = 0.75 w0 |
||||
|
Время, сек |
Амплитуда |
Время, сек |
Амплитуда |
Время, сек |
Амплитуда |
|
|
0 |
0.16 |
0 |
0.16 |
0 |
0.16 |
|
|
0.049 |
0.16 |
0.039 |
0.16 |
0.069 |
0.16 |
|
|
0.05 |
1 |
0.04 |
1 |
0.07 |
1 |
|
|
0.25 |
1 |
0.2 |
1 |
0.34 |
1 |
|
|
0.251 |
0.16 |
0.201 |
0.16 |
0.341 |
0.16 |
|
|
0.299 |
0.16 |
0.239 |
0.16 |
0.409 |
0.16 |
|
|
0.3 |
1 |
0.24 |
1 |
0.41 |
1 |
|
|
0.5 |
1 |
0.4 |
1 |
0.68 |
1 |
|
|
0.501 |
0.16 |
0.401 |
0.16 |
0.681 |
0.16 |
|
|
0.549 |
0.16 |
0.439 |
0.16 |
0.749 |
0.16 |
|
|
0.55 |
1 |
0.44 |
1 |
0.75 |
1 |
|
|
0.75 |
1 |
0.6 |
1 |
1 |
1 |
|
|
0.751 |
0.16 |
0.601 |
0.16 |
|||
|
0.799 |
0.16 |
0.639 |
0.16 |
|||
|
0.8 |
1 |
0.64 |
1 |
|||
|
1 |
1 |
0.8 |
1 |
|||
|
0.801 |
0.16 |
|||||
|
0.839 |
0.16 |
|||||
|
0.84 |
1 |
|||||
|
1 |
1 |
Для трех амплитуд получаем следующие зависимости перемещений (вдоль линии действия давления) от времени (Таблица 2)
Таблица 2
Перемещения при использовании трёх разных амплитуд
|
w0 = 5 |
w = 1.25 w0 |
w = 0.75 w0 |
|||||
|
Время, сек |
перемещение |
Время, сек |
перемещение |
Время, сек |
перемещение |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
0.0501272 |
-0.0186497 |
0.050129 |
-0.0266417 |
0.050127 |
-0.018607 |
||
|
0.10011 |
-0.0440067 |
0.100122 |
-0.0466845 |
0.100109 |
-0.0401993 |
||
|
0.150154 |
-0.0555851 |
0.150151 |
-0.0573528 |
0.150238 |
-0.0529208 |
||
|
0.20024 |
-0.0240056 |
0.200012 |
0.0114354 |
0.200239 |
-0.0587251 |
||
|
0.250099 |
-0.0035979 |
0.250059 |
0.0253783 |
0.250139 |
0.0065759 |
||
|
0.300008 |
-0.0023179 |
0.300068 |
-0.0027765 |
0.300025 |
-0.0288509 |
||
|
0.35017 |
-0.0399689 |
0.35004 |
-0.059788 |
0.350126 |
-0.0405226 |
||
|
0.400087 |
-0.0581872 |
0.400133 |
-0.0392016 |
0.400044 |
-0.0438838 |
||
|
0.450197 |
-0.033931 |
0.450216 |
0.0233706 |
0.450098 |
0.0160635 |
||
|
0.500212 |
0.0122233 |
0.500191 |
0.032248 |
0.500158 |
-0.0007925 |
||
|
0.55004 |
-0.0096957 |
0.550096 |
-0.045708 |
0.55008 |
-0.0498052 |
||
|
0.60002 |
-0.0259624 |
0.600104 |
-0.0582757 |
0.600167 |
-0.0462504 |
||
|
0.65021 |
-0.0586934 |
0.65 |
-0.0117076 |
0.65012 |
0.0189071 |
||
|
0.700225 |
-0.0316447 |
0.700163 |
0.0497579 |
0.700111 |
0.0264597 |
||
|
0.750099 |
-0.0160531 |
0.750148 |
-0.0476188 |
0.750106 |
-0.0452783 |
||
|
0.800144 |
0.0149596 |
0.800169 |
-0.0695367 |
0.800092 |
-0.0391095 |
||
|
0.850126 |
-0.0300671 |
0.850192 |
0.0259196 |
0.850114 |
-0.0365898 |
||
|
0.900201 |
-0.0762142 |
0.900037 |
0.0581925 |
0.900082 |
-0.0301303 |
||
|
0.950205 |
-0.0348238 |
0.950164 |
-0.0499229 |
0.95012 |
-0.0264686 |
||
|
1 |
-0.0182486 |
1 |
-0.0644684 |
1 |
-0.0304688 |
||
|
Максимум за весь период расчета |
0.0762142 |
0.0695367 |
0.0587251 |
В Приложении 1 приведены результаты, отражающие зависимость напряжений на концентраторе от времени.
В итоге:
1. По полученным данным можно построить графики зависимости амплитуды перемещений от времени:
Можно сделать вывод что по амплитуде перемещений концентратора, при сокращении сердца, нельзя объективно сделать вывод о зависимости поведения створок клапана от изменения частоты. На рисунке 4 приведено сравнение максимальных перемещений при использовании разных амплитуд.
Рис. 4 График зависимости максимальной амплитуды перемещений от частоты внешнего воздействия А(w)
2. По данным из приложения 1 можно сравнить графики зависимости напряжений на концентраторе от времени:
Опираясь на данные из приложения 1 можно сделать вывод, что при увеличении частоты увеличивается напряжение на концентраторе. Иначе говоря, при учащении сердцебиения растет нагрузка на митральный клапан, что влечет за собой заболевание: пролапс митрального клапана. На рисунке 5 приведено сравнение максимальных напряжений от частоты.
Рис. 5 График зависимости максимального напряжения от частоты внешнего воздействия у(w)
Итоговые данные для поставленной задачи приведены в таблице3.
Таблица 3
Итоговые данные
|
параметр |
w0 = 5 |
w = 1.25 w0 |
w = 0.75 w0 |
|
|
частота |
5 |
6.25 |
3.7 |
|
|
Максимум перемещения |
0.076142 |
0.0695367 |
0.0587251 |
|
|
Максимум напряжения |
9.35E+06 |
15179700 |
8189660 |
Заключение
Выполнен расчет напряженно-деформированного состояния митрального клапана под действием динамической нагрузки. По результатам расчета построены зависимости максимальной амплитуды перемещений от частоты внешнего воздействия А(w) и максимального напряжения от частоты внешнего воздействия у(w).
Результаты расчета свидетельствуют об увеличении максимальных напряжений в митральном клапане при увеличении частоты сердцебиения. Данный вывод необходимо подкрепить более фундаментальным исследованием, включающем в себя АЧХ поведения створок при разной частоте воздействия.
Литература
1. Cochran, R.P. & Kunzelman, K.S. 1998 Effect of papillary muscle position on mitral valve function: relationship to homograft.
2. May-Newman, K. & Yin, F.C. 1998 A constitutive law for mitral valve tissue.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методика выполнения расчётов симметричных и несимметричных сборных конструкций с применением модели "рабочая нагрузка". Отладка расчётной модели по 3-D модели SolidWorks, схемам приложения нагрузки. Расчёт напряженно-деформированного состояния сборки.
лабораторная работа [6,2 M], добавлен 19.06.2019Определение напряженно-деформированного состояния цилиндрической двустенной оболочки камеры сгорания под действием внутреннего давления и нагрева. Расчет и определение несущей способности камеры сгорания ЖРД под действием нагрузок рабочего режима.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 22.10.2011Определение технологических параметров при обжиме. Механизм и схема напряженно-деформированного состояния при раздаче. Пути интенсификации процесса отбортовки. Определение напряжений и деформаций при вытяжке. Особенности процессов формовки и осадки.
курс лекций [5,4 M], добавлен 15.06.2009Современное состояние вопроса исследования напряженно-деформированного состояния конструкций космических летательных аппаратов. Уравнения теории упругости. Свойства титана и титанового сплава. Описание комплекса съемочной аппаратуры микроспутников.
дипломная работа [6,2 M], добавлен 15.06.2014Теория рабочего процесса одновинтовых гидравлических машин с точки зрения влияния упругих свойств эластичной обкладки статора. Определение напряженно-деформированного состояния рабочих органов с использованием пакетов прикладных программ SolidWorks.
научная работа [2,0 M], добавлен 11.04.2013Моделирование насосной станции с преобразователем частоты. Описание технологического процесса, его этапы и значение. Расчет характеристик двигателя. Математическое описание системы. Работа насосной станции без частотного преобразователя и с ним.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 16.11.2010Анализ напряженно-деформированного состояния стержня с учётом собственного веса при деформации растяжения, кручения и плоского поперечного изгиба. Определение касательных напряжений. Полный угол закручивания сечений. Прямоугольное поперечное сечение.
контрольная работа [285,0 K], добавлен 28.05.20143D моделирование в современном мире и его преимущества. Разработка трехмерных моделей и ассоциативно связанных чертежей компонентов визира. Исследование напряженно-деформированного состояния компонентов визира. Технологический процесс изготовления детали.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 09.11.2016Анализ технологичности конструкции корпуса клапана. Выбор заготовки. Установление последовательности обработки поверхностей. Расчет припусков предельных размеров отверстия. Определение режимов резания. Проектирование приспособления для токарной операции.
дипломная работа [570,2 K], добавлен 23.04.2016Кинематический расчет и подбор двигателя привода: определение требуемой мощности, выбор варианта. Расчет клиноременной передачи по номограмме в зависимости от частоты вращения меньшего шкива. Расчет червячного редуктора, значения допускаемых напряжений.
практическая работа [799,3 K], добавлен 26.11.2010Демпфирующие свойства шпиндельного узла. Теоретическое определение частоты собственных колебаний шпинделя. Расчет критической частоты вращения двухопорного шпинделя. Амплитуды соседних по периоду свободных затухающих колебаний шпиндельного узла.
реферат [103,8 K], добавлен 24.06.2011Подготовка материала к раскрою, контрольная проверка (разбраковка), определение качества. Принцип работы разбраковочно-измерительных машин. Требования к раскрою, использование лекал и трафаретов. Технологическая последовательность обработки клапана.
реферат [5,4 M], добавлен 28.11.2009Описание тепловых процессов при токарной обработке. Определение зависимости температуры на передней поверхности резца от координаты и скорости резания. Моделирование температурного поля инструмента с помощью численного метода конечных разностей.
лабораторная работа [65,1 K], добавлен 23.08.2015Математическая модель, методы и средства антипомпажного регулирования центробежного нагнетателя. Устройство и принцип работы антипомпажного клапана на базе конструкции шарового крана. Разработка модели контроля помпажа и антипомпажного управления.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 01.10.2011Определение динамических перемещений и напряжений в балке и пружине; сравнение расчетных и экспериментальных значений определяемых величин. Изучение методики испытаний материалов на ударный изгиб; определение ударной вязкости углеродистой стали и чугуна.
лабораторная работа [4,7 M], добавлен 06.10.2010Проектирование технологического процесса изготовления предохранительного клапана: служебное назначение узла, технические требования, нормы точности обработки поверхности. Выбор форм сборки узла, расчет припусков и допусков, средства выполнения операций.
курсовая работа [995,9 K], добавлен 27.01.2014Загальна характеристика та призначення деталі "Штовхач клапана". Технічні умови на дефектування деталі, принципи та етапи її ремонту. Маршрутний план відновлення деталі. Режими обробки. Основні вимоги при роботі на верстатах. Питання охорони праці.
курсовая работа [161,5 K], добавлен 21.01.2011Описание конструкции и служебного назначения гильзы клапана. Выбор вида и метода получения заготовки. Разработка маршрута механической обработки детали. Разбивка операций на технологические переходы и рабочие ходы. Расчет режимов резания и норм времени.
курсовая работа [453,5 K], добавлен 23.03.2015Анализ рынка, требования к женскому повседневному джинсовому костюму, используя информацию по направлению моды. Выбор оптимальных материалов для костюма на сезон весна-осень в зависимости от свойств, структуры материала. Конфекционная карта на изделие.
курсовая работа [5,5 M], добавлен 01.11.2009Физико-механические свойства материала подкрепляющих элементов, обшивок и стенок тонкостенного стержня. Определение распределения перерезывающей силы и изгибающего момента по длине конструкции. Определение потока касательных усилий в поперечном сечении.
курсовая работа [7,5 M], добавлен 27.05.2012
