Modellierung und numerische Simulation der minimal invasiven Injektion von akrylischen Knochenzementen in osteoporotisch geschädigte Wirbelkörper innerhalb der Vertebroplastie
Final Report Abstract
Das Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts bestand in der experimentell gestützten Modellierung des dynamischen Transferverhaltens gefüllter Elastomerwerkstoffe im Frequenzbereich sowie der Umsetzung der Materialgleichungen in einen Finite Elemente Code. Hierzu wurden zunächst geeignete Elastomermaterialien ausgewählt und in quasi-statischen und dynamischen Untersuchungen experimentell charakterisiert. Die Materialien zeigten ausgeprägte Abhängigkeiten des Speicher- und Verlustmoduls von Frequenz und statischer Vordeformation, die sich in einem Anstieg beider Moduln mit zunehmender Frequenz bzw. abnehmender Vordeformation äußerten. Das beobachtete Materialverhalten konnte durch die Erarbeitung zweier Konstitutivmodelle erfolgreich im Frequenzbereich repräsentiert werden. Weiterhin gelang die erfolgreiche Umsetzung der entwickelten Materialmodelle in den Finite Elemente Code MSC Marc. Die FE-Simulationen decken sich sehr gut mit den Validierungsmessungen von komplexeren Elastomer-Metall Strukturen und sind ebenfalls in der Lage, die Trägheitseffekte der Bauteile in Form von Resonanzen abzubilden. Letztlich konnte das Forschungsvorhaben erfolgreich abgeschlossen werden und eine performante Möglichkeit zur FE-Simulation bereitgestellt werden.
Publications
- 2012. Modelling of predeformation- and frequency-dependent material behaviour of filled rubber under large predeformations superimposed with harmonic deformations of small amplitudes, Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics (PAMM), Vol. 12. 2012, Issue 1, pp. 291–292.
D. Wollscheid, A. Lion
(See online at https://dx.doi.org/10.1002/pamm.201210135) - 2013. On the dynamic material behaviour of filled rubber with respect to preload and frequency. In: Constitutive Models for Rubber VIII, CRC Press/Balkema, Taylor & Francis Group, London, 2013, pp. 87–93.
D. Wollscheid, A. Lion
(See online at https://dx.doi.org/10.1201/b14964-20) - 2013. Predeformation- and frequency-dependent material behaviour of filler-reinforced rubber: Experiments, constitutive modelling and parameter identification, International Journal of Solids and Structures, Vol. 50. 2013, Issue 9, pp. 1217–1225.
D. Wollscheid, A. Lion
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2012.12.015) - 2013. Vibroacoustic transfer behaviour of filler reinforced rubber - experiments and modelling. 5th GACM Colloquium on Computational Mechanics, 30.09 - 02.10.2013, Hamburg
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- 2013. The benefit of fractional derivatives in modelling the dynamics of filler-reinforced rubber under large strains: a comparison with the Maxwell-element Approach. Computational Mechanics, Vol. 53. 2014, Issue 5, pp. 1015-1031.
D. Wollscheid, A. Lion
(See online at https://doi.org/10.1007/s00466-013-0946-4)
