MECHANICS OF A HYPERELASTIC INFLATED TUBE WITH EMPHASIS ON BIOLOGICAL SOFT TISSUES

Authors : Ömer Faruk BÜYÜKKAYA, Ali Fethi OKYAR

Pages : 1023-1042

Doi:10.17482/uumfd.1066879

View : 48 | Download : 11

Publication Date : 2022-12-31

Article Type : Research Paper

Abstract :İçi boş bir silindirin şişirilmesi, mühendisliğin çeşitli alanlarında karşılaşılan önemli bir problemdir. Endüstride, araba lastikleri ve itfaiye hortumları içten basınçlandırılırlar. Biyomekanikte, damarlar ve intervertebral diskler de şişirilmiş silindir problemi kullanılarak modellenebilir. Bahsedilen biyolojik dokuların yumuşak yapısı sıkıştırılamazlar ve yük altında büyük, doğrusal olmayan deformasyon sergilerler. Klasik doğrusal elastik teoriler böyle bir davranışı modellemede yetersiz kalır. Bunun yerine, yumuşak malzemelerin deformasyonu ve mekaniğini anlamak için sürekli ortamlar mekaniği temelli yüksek yer değiştirme formülasyonları gereklidir. Bu çalışmada, izotropik neo-Hookean malzemeden meydana gelen hiperelastik bir tüp düzlemsel gerinim ve genelleştirilmiş düzlemsel gerinim koşulları altında analiz edilmiştir. İlk olarak, her iki koşul için sürekli ortamlar mekaniği çerçevesinde bir analitik çözüm inşa edilmiştir. Sonrasında, aynı problem için sonlu elemanlar yöntemi işleme konulmuştur. Nümerik modelin doğrulaması ağ hassasiyet analizi kullanılarak sağlanmıştır. Analitik çözüm ile doğrulanmıştır. Buradan, öne sürülen analitik çözüm ile herhangi bir ticari sonlu elemanlar yazılımı ile elde edilmiş şişirilen neo-Hookean bir tüpün davranış hassasiyeti belirlenebilecektir. Analitik çözümle gelen ilginç bir yan sonuç, tüpün içerisindeki hidrostatik basıncın şişirme basıncından altı kat fazla çıkması olmuştur.
Keywords : Hiperelastisite, Sürekli Ortamlar Mekaniği, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Anüler Silindir, Biyolojik Doku

ORIGINAL ARTICLE URL