The authors would like to recognize the Center for Advanced Vehicular Systems (CAVS) and the Agricultural and Biological Engineering Department at Mississippi State University for supporting this work. This material is based upon work supported by the U.S. Army TACOM Life Cycle Command under Contract No. W56HZV-08-C-0236, through a subcontract with Mississippi State University, and was performed for the Simulation Based Reliability and Safety (SimBRS) research program. Also, this material is based upon work supported by the National Nuclear Security Administration, (Department of Energy) under award number [DE-FC26-06NT42755]. Finally, the authors would like to thank Mr. David Adams, Mr. Michael McCollum and Ms. Erin Colebeck for their effort in this research.

NOT: Etik Açıklama: Geçerli çalışma kurumun araştırma politikası tektir ve kesinlikle Yasal Uygunluk (ORC) rehberlerin uygun biyo-güvenlik ve Office izler. 1. Biyomateryal Numune Alımı <ol><li> Laboratuvar ve / veya kurumun standart biyogüvenlik protokollerine uygun kişisel koruyucu ekipman kullanın. Domuz doku ve test işlerken kapalı parmaklı ayakkabı, uzun pantolon, bir laboratuvar önlüğü, cerrahi eldiven, koruyucu maske ve koruyucu gözlük takın. </li><li> 1-2 saat otopsisi içinde yerel bir mezbahaya sağlıklı domuzların domuz doku (baş, karın veya arka bacak) edinin. </li><li> Biohazard güvenlik torbalarda domuz doku saklayın ve daha sonra buzlu kap (~ 5,56-7,22 ° C) koyun. NOT: domuz numunesinde sıcaklık 7.22 altına düşmemesine kontrol etmek için bir termometre kullanın ° C. </li><li> En yakın laboratuvara domuz doku TransportDiseksiyon için (Mississippi State Üniversitesi Veteriner Kolejinde). </li><li> Veteriner Kolejinde veteriner gözetiminde, cerrahi domuz organı (beyin, karaciğer, kas, yağ veya tendon) ayıklamak ve geçici depolama (pH 7.4) için fosfat tamponlu salin (PBS) ile dolu kaplarda koyun. </li><li> Buzlu soğutucu (~ 5,56-7,22 ° C) PBS kapları saklayın ve hemen numune hazırlama ve SHPB test için test tesisi taşırlar. </li></ol> 2. biyomateryal Numune Hazırlama <ol><li> PBS kaptan domuz organı çıkarın ve steril bir yüzeye yerleştirin. </li><li> NOT: Her test numunesi için birincil elyaf oryantasyonu ve yerleri belirleyin. Domuz organdan test örneği incelemek için silindirik 30 mm iç çapı ölmek kullanın. </li><li> Test örneği silindirik kalıbın içine sıkışmış ise, diseksiyon karşı sonuna kadar PBS enjektearacı test örneği bozulmamış dışarı kaymasına izin vermek için. Steril bir yüzey ayrı bir alan üzerinde ekstre test örneği yerleştirin. </li><li> Reçete kalınlık ve boy oranına örnek kesmek için bir neşter kullanın. Not: boy oranı (kalınlık / çap) 0,33-0,50 (Şekil 2) ise domuz numunelerin SHPB testi için, kalınlık, 10-15 mm&#39;dir. </li><li> Üç farklı yerlerde kalınlığı ve çapını ölçmek için kaliperleri kullanın. </li><li> SHPB cihaz test için hazır olana kadar taze PBS tüm test örnekleri saklayın. NOT: Numuneler kesim sonrası 4 saat içinde test emin olun. </li><li> Enine kesitte hataları veya varyasyonlarını insizyon nedeniyle silindirik olmayan örnekleri atın. Biohazard güvenlik torbalarda atılan örnekleri yerleştirin. Tekrarlayın ilave test örnekleri elde etmek 2,2-2,6 adımları. </li></ol> 3. Split-Hopkinson Basınç Bar Testi <ol><li> M forvet bar, olay bar ve iletilen bar yerleştirinSHPB testleri için et al dikmeler. NOT: Barlar dokunma ve onların arayüzleri birbirleri ile uyumlu olmasının serbest hareket olduğundan emin olun. Güvenliği için iletilen çubuğu için bir stoper sağlayın. </li><li> Gerilme mastar olayla yapıştırılır ve sinyal amplifikatör çubukları bulaşan bağlayın. Sinyal şartlandırma yükselticiler ve DAQ modülü bilgisayarı açın. </li><li> Yüksek hızlı veri yakalama yazılımını başlatın. </li><li> Onlar normal sınırlarda yalan olmadığını görmek ve sıfır simgesine tıklayarak gürültü sinyallerini geçersiz sinyallerin canlı yakalama doğrulayın. </li><li> Giriş tetikleme seviyesi ve veri hızı (2 MHz). </li><li> Tetikleme seviyesi elde edildikten sonra kaydetmek için yazılım başlatılamıyor. </li><li> Basınç odasına bitişik forvet çubuğunu yükleyin. Bir istenen basınca basınç odasını doldurmak. NOT: Tipik basınç aralığı 5-25 psi. </li><li> Sıfır düğmesine basarak lazer hız ölçer dışında sıfır ve forvet ba okumak için ayarlayınLazer sensörler arkasında forvet çubuğunda reflektör şerit ayarlayarak r hızı. </li><li> Bu olaydan ve yansıyan çubuğun hareketini engellemeyecek şekilde örnek hapsi odasına yerleştirin. Iletilen çubuğu ile temas olay çubuğunu yerleştirin. </li><li> Kalibrasyon amacıyla, forvet çubuğundaki basınç odası için tetik anahtarını çevirerek (bir numune olmadan) bir test çalıştırın. </li><li> Veriler bilgisayara elde edildikten sonra, kaydetmek ve test prosedürü düzgün çalıştığından emin olmak için (bir sonraki bölümde ele alınmıştır) SHPB strain gage verilerini analiz. </li><li> Olayla ile iletilen bar arasında silindirik örnek yerleştirin ve sonra örnek hapsi odasına kapatın. NOT: Hiçbir ön şartlandırma numune üzerinde gerçekleştirilen olduğundan emin olun. </li><li> Olayla ile iletilen bar arasına yerleştirilen numune ile Görevleri 3,4-3,7 gerçekleştirin. NOT: Numune merkez çubuğu merkez aynı olduğundan emin olun. Proceedi önceng, ayrıca örnek sıkıştırılmış değildir, ancak daha önce ekstre ile aynı geometri kalmasını kontrol edin. </li><li> Test tamamlandıktan sonra, kullanılıp atılan hijyenik bir olay bar, iletilen bar, ve numune gaz odasına örnek artığın ayrılması için bezi kullanın. Tüm enkazını ve biyolojik tehlike emniyet torbalarda siliyor. </li><li> % 70 etanol temizleme solüsyonu ve sıhhi mendil kullanarak çubukları ve örnek hapsi odasına dezenfekte edin. </li></ol> 4. SHPB Veri Post-processing <ol><li> Hopkinson Bar dalgalarının analizi için &quot;MSÜ Yüksek Hız Yazılım 19&quot; açın. </li><li> Ayarlar penceresini incelenmesi ve tek eksenli test için Mod Tab &quot;Çekme / Basma&quot; seçeneğini seçerek yazılımı başlayın. Ayrıca, Gages Tab &quot;2 Göstergelerinin&quot; seçeneğini seçin ve &quot;Devam&quot;. </li><li> Ana Penceresinde, Dosya Aç 1 sekmesini seçin ve incide üzerindeki strain gage kaydından olay dalga verilerine gidinnt bar. Iletilen bar strain gage kaydını ithalatı için Dosya Aç 2 sekmesini seçin. </li><li> Ana Pencerede Parametreler sekmesini seçin ve giriş de dahil olmak üzere test kurulumu fiziksel parametreleri: bar boyutları, gerilim faktörleri, strain gage pozisyonları ve viskoelastik dağılım sabitleri zorlanma. &quot;Devam&quot; ı tıklayın. </li><li> Ardından ana penceresinde Select Veri sekmesini seçin ve olayı içeren verilerin sadece miktarına dataset azaltmak için imleç çubuklarını kullanın, yansıyan ve dalgalar iletti. &quot;Devam&quot; ı tıklayın. </li><li> Ardından ana penceresinde seçin Dalgalar sekmesini seçin ve Olay Dalga Grafik, Yansıyan Dalga Grafik yansıyan dalga ve Bulaşan Dalga Grafik iletilen dalga dalga olay sınırlandırmak için imleç çubuklarını kullanın. &quot;Devam&quot; ı tıklayın. </li><li> Bundan sonra, yazılım viskoelastik dağılım 20-21 düzeltmek için izin Ana Penceresinde Doğru sekmesini seçin. </li><li> Hayırw Ana Pencerede Kaydırma sekmesini seçin. Dalga Graph&#39;ta, Dalga Select Tab tek tek her birini seçerek zaman aynı başlangıç ​​pozisyonuna yansıyan dalgalar, olayı sürüklemek için imleci kullanın ve aktarılamaz. Veri Grafik dalgaların Tümünü göster. Tamamlandıktan sonra &quot;Devam&quot; i tıklayın. </li><li> Sonuçlar dosyasında tıklayarak yükü, yer değiştirme, konum ve hız, profiller kaydetmek &quot;Farklı Kaydet&quot;. </li><li> Hopkinson Bar testten önce ölçülen örnek boyutları kullanarak gerçek stres ve gerginlik gerçek hesaplamak için Microsoft Excel (veya başka bir elektronik tablo yazılım) geleneksel yöntemleri kullanın. </li></ol> 5. SHPB Sonlu Elemanlar Modelleme <ol><li> Ticari sonlu eleman (FE) yazılımını kullanarak, SHPB kurulum bir FE modeli oluşturmak. NOT: Aynı geometrileri ve malzeme özellikleri kullanın. </li><li> FE simülasyonu başlatmak için forvet çubuğunun FE modeline bir ilk hız atayın. NOT: Hızforvet bar, belirli bir gerilme oranı 9 SHPB deneyde buna uygun olmalıdır. </li><li> Olayla ile iletilen çubuklar arasına yerleştirilen bir örnek olmadan SHPB kurulum bir FE modelini oluşturun. FE simülasyonu çalıştırın. NOT: simüle golcü bar hız &quot;no-numune&quot; koşul altında deneysel forvet çubuğu hızına uygun olmalıdır. Polimer barlar için Tablo 1&#39;de verilen malzeme özelliklerini atayın. </li><li> Deney ve FE simülasyon strain gage ölçümleri (zamana karşı leke) iyi bir anlaşma olup olmadığını kontrol edin. </li><li> SHPB kurulum FE modeli biyomalzeme örnek birleştirin. Biyomalzeme numune 11 ISV malzeme modeli (vumat dosya biçimi 22) üç boyutlu uygulama atayın. </li><li> Çözümler yakınsama olmadığını belirlemek için sonuçları analiz sonra üç farklı örgü boyutları kullanarak ve örgü arıtma çalışması yapın. NOT: örgüBoyut FE modelini ihtiva hexahedral ve / veya tetrahedral elemanlarının toplam sayısına karşılık gelmektedir. Daha fazla simülasyonlar 9 sonra yakınlaşıyor düşük mesh boyutu ile FE modelini seçin. </li><li> İki aşamalı FE modeli kalibrasyonunu gerçekleştirin. İlk adımda, ISV malzeme modeli uygulamak tek boyutlu olarak deneysel verileri yükleyin. </li><li> ISV malzeme modelinin parametrelerini (Tablo 1) ayarlayarak modelin gerçek gerilme-şekil değiştirme eğrisi ile deney gerçek gerilme-leke eğrisini ayarlayın. Not: Malzeme modeli tek boyutlu ise deney SHPB verileri yapı, üç boyutlu olduğu için daha fazla tekrarlanması gereklidir. </li><li> SHPB kurulumu FE modelinde biyomalzeme örnek ISV malzeme sabitleri atayın. </li><li> Forvet çubuğu hızı ve örnek deformasyon gerilme oranı aynı gerilme hızında SHPB testlerine karşılık gelen FE simülasyon çalıştırın. </li><li> Compaiyi anlaşma (zamana karşı suşu) için deney ve FE simülasyon strain gage ölçümlerine yeniden. NOT: FE simülasyonları ve deney strain gage değerleri arasında iyi bir uyum varsa, model kalibrasyon işleminin ikinci adıma geçin. Değilse, Görevler 5,7-5,11 tekrarlayın. </li><li> FE modeli kalibrasyon ikinci aşamasında, FE simülasyon strain gage veri SHPB post-işleme yazılımı, MSÜ Yüksek Hız yazılımını 19-21 deneme çalıştırın. NOT: simüle gerçek gerilme-deformasyon tepkisi deneysel gerçek gerilme-deformasyon yanıtı karşılaştırır, sonra iki adımlı FE model kalibrasyon tamamlanmıştır. Değilse, Görevler 5,7-5,12 tekrarlayın. </li><li> FE model örneğinde orta ekseni boyunca yükleme yönündeki (Σ 33) gerilme bir hacim ortalama gerçekleştirin. NOT: Bu stres tek boyutlu ISV malzeme modeli sonucu gerilme-deformasyon eğrisi ile iyi bir anlaşma ise, sonuç Görevler 5.7 ile elde-5,12 Tam kalibre edilir. Değilse, Görevler 5,7-5,13 tekrarlayın. ISV malzeme modelinin tek boyutlu uygulanması yoluyla yakalanan gerçek gerilme-deformasyon tepkisi SHPB kurulumunda test edildi biyomalzeme tek eksenli gerçek gerilme-deformasyon tepkisini temsil eder. </li></ol>

<ol>
	<li>Champion, H. R., Holcomb, J. B., Young, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injuries+from+explosions:+physics,+biophysics,+pathology,+and+required+research+focus.">Injuries from explosions: physics, biophysics, pathology, and required research focus.</a> J Trauma. 66 (5), 1468-1477 (2009).</li><li>Aubry, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Summary+and+agreement+statement+of+the+First+International+Conference+on+Concussion+in+Sport,+Vienna+2001.+Recommendations+for+the+improvement+of+safety+and+health+of+athletes+who+may+suffer+concussive+injuries.">Summary and agreement statement of the First International Conference on Concussion in Sport, Vienna 2001. Recommendations for the improvement of safety and health of athletes who may suffer concussive injuries.</a> Br J Sports Med. 36 (1), 6-10 (2002).</li><li>Born, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blast+trauma:+the+fourth+weapon+of+mass+destruction.">Blast trauma: the fourth weapon of mass destruction.</a> Scand J Surg. 94 (4), 279-285 (2005).</li><li>Cullis, I. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blast+waves+and+how+they+interact+with+structures.">Blast waves and how they interact with structures.</a> J R Army Med Corps. 147, 16-26 (2001).</li><li>Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A., Ramsay, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blast+Loading+and+Blast+Effects+on+Structures&#8211;An+Overview.">Blast Loading and Blast Effects on Structures&#8211;An Overview.</a> Electronic Journal of Structural Engineering. 7, 76-91 (2007).</li><li>Usmani, Z., Alghamdi, F., Kirk, D., Usmani, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intelligent+Agents+in+Extreme+Conditions+&#8211;+Modeling+and+Simulation+of+Suicide+Bombing+for+Risk+Assessment.">Intelligent Agents in Extreme Conditions &#8211; Modeling and Simulation of Suicide Bombing for Risk Assessment.</a> Web Intelligence and Intelligent Agents. , (2010).</li><li>Guskiewicz, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cumulative+effects+associated+with+recurrent+concussion+in+collegiate+football+players+the+NCAA+Concussion+Study.">Cumulative effects associated with recurrent concussion in collegiate football players the NCAA Concussion Study.</a> JAMA. 290 (19), 2549-2555 (2003).</li><li>Finkelstein, E., Corso, P., Miller, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Incidence and Economic Burden of Injuries in the United States. , (2006).</li><li>Prabhu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupled+experiment/finite+element+analysis+on+the+mechanical+response+of+porcine+brain+under+high+strain+rates.">Coupled experiment/finite element analysis on the mechanical response of porcine brain under high strain rates.</a> JMech Behav Biomed Mater. 4 (7), 1067-1080 (2011).</li><li>Horstemeyer, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Integrated Computational Materials Engineering (ICME): Using Multiscale Modeling to Invigorate Engineering Design with Science. , (2012).</li><li>Bouvard, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+general+inelastic+internal+state+variable+model+for+amorphous+glassy+polymers.">A general inelastic internal state variable model for amorphous glassy polymers.</a> Acta Mechanica. 213, 1-2 (2010).</li><li>Kenner, V. H., Goldsmith, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+on+a+simple+physical+model+of+the+head.">Impact on a simple physical model of the head.</a> J Biomech. 6 (1), 1-11 (1973).</li><li>Khalil, T. B., Viano, D. C., Smith, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+analysis+of+the+vibrational+characteristics+of+the+human+skull.">Experimental analysis of the vibrational characteristics of the human skull.</a> J. Sound Vib. 63 (3), 351-376 (1979).</li><li>Pervin, F., Chen, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+mechanical+response+of+bovine+gray+matter+and+white+matter+brain+tissues+under+compression.">Dynamic mechanical response of bovine gray matter and white matter brain tissues under compression.</a> J Biomech. 42 (6), 731-735 (2009).</li><li>Prevost, T. P., Balakrishnan, A., Suresh, S., Socrate, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechnics+of+brain+tissue.">Biomechnics of brain tissue.</a> Acta Biomater. 7 (1), 83-95 (2011).</li><li>Saraf, H., Ramesh, K. T., Lennon, A. M., Merkle, A. C., Roberts, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+soft+human+tissues+under+dynamic+loading.J.">Mechanical properties of soft human tissues under dynamic loading.J.</a> J Biomech. 40 (9), 1960-1967 (2007).</li><li>Van Sligtenhorst, C., Cronin, D. S., Wayne Brodland, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+strain+rate+compressive+properties+of+bovine+muscle+tissue+determined+using+a+split+Hopkinson+bar+apparatus.">High strain rate compressive properties of bovine muscle tissue determined using a split Hopkinson bar apparatus.</a> J Biomech. 39 (10), 1852-1858 (2006).</li><li>Song, B., Chen, W., Ge, Y., Weerasooriya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+and+quasi-static+compressive+response+of+porcine+muscle.">Dynamic and quasi-static compressive response of porcine muscle.</a> J Biomech. 40 (13), 2999-3005 (2007).</li><li>. MSU JHBT Data Processing and MSU High Rate Software Manual Available from: <a target="_blank" href="https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_JHBT_Data_Processing_and_MSU_High_Rate_Software_Manual.zip">https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_JHBT_Data_Processing_and_MSU_High_Rate_Software_Manual.zip</a> (2014)</li><li>Zhao, H., Gary, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+use+of+SHPB+techniques+to+determine+the+dynamic+behavior+of+materials+in+the+range+of+small+strains.">On the use of SHPB techniques to determine the dynamic behavior of materials in the range of small strains.</a> Int J Solids Struct. 33 (23), 3363-3375 (1996).</li><li>Zhao, H., Gary, G., Klepaczko, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+use+of+a+viscoelastic+split+hopkinson+pressure+bar.">On the use of a viscoelastic split hopkinson pressure bar.</a> Int J Impact Eng. 19 (4), 319-330 (1997).</li><li>. MSU TP Ver 1.1. Available from: <a target="_blank" href="https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_TP_Ver_1.1.zip">https://icme.hpc.msstate.edu/mediawiki/index.php/File:MSU_TP_Ver_1.1.zip</a> (2014)</li><li>Gray, G. T., Blumenthal, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASM Handbook, Mechanical Testing and Evaluation. 8, 488-496 (2000).</li><li>Dharan, C. K. H., Hauser, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+stress-strain+characteristics+at+very+high+strain+rates.">Determination of stress-strain characteristics at very high strain rates.</a> Exp. Mech. 10 (9), 370-376 (1970).</li><li>Chen, J., Priddy, L. B., Prabhu, R., Marin, E. B., Horstemeyer, M. F., Williams, L. N., Liao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traumatic+Injury:+Mechanical+Response+of+Porcine+Liver+Tissue+under+High+Strain+Rate+Compression+Testing.">Traumatic Injury: Mechanical Response of Porcine Liver Tissue under High Strain Rate Compression Testing.</a> Proceedings of the ASME 2009 Summer Bioengineering Conference (SBC2009). , (2009).</li></ol>

Yazarlar bu vesileyle bu yayına ilgili tüm malzeme ile herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederim.

çiftler SHPB deneyi ve SHPB FE modellemesi bir roman ve benzersiz tekniği sunuyor bildirilen metodoloji yüksek gerilme oranlarında biyomalzeme tek eksenli gerçek gerilme-deformasyon yanıtı değerlendirmek için. Doğal dokuya özgü mekanik özellikler temin etmek için, bakım SHPB test edilmeden önce 5,56-7,22 ° C arasında biyo materyal örneği tutmak için dikkat edilmelidir. Numune 5.56 ° C altına soğutulması durumunda, doku içinde mevcut olan su buz kristalize başlar ve daha sonra dokusunun mekanik...

Motivasyon birleştiğinde Split kardinal hedefi - Hopkinson Basınç Çubuğu (SHPB) deneyi / (vb beyin, karaciğer, tendon, yağ, gibi) yumuşak biyomalzemeler sonlu elemanlar modellemesi insan vücudu FE daha uygulanması için onların tek eksenli mekanik davranışları ayıklamak oldu zararlı mekanik yükler altında simülasyonları. İnsan vücudu Sonlu Elemanlar (FE) modeli detaylı bir insan vücudu örgü ve çeşitli insan organları için bir tarih bağımlı çok ölçekli viskoelastik-viskoplastik İç Devlet Değişken (ISV) malzeme modeli oluşur. Bu, insan vücudu modeli, yenilikçi koruyucu giysiler tasarlamak ve yolcu merkezli araç tasarım sağlamak için, yaralanma koruması için daha iyi standartlar oluşturmak için bir çerçeve için kullanılabilir. Patlayıcı patlama ve künt darbe: yüksek oranda yaralanma iki mod yaygın insan travma gözlenmiştir. Patlayıcı silah gelen patlama hasar traumati birincil kaynağıc yaralanması (TI) ve savaş 1 önde gelen ölüm nedenidir. Patlattı olduğunda, bu patlayıcılar büyük ve ani hızlanma ve deformasyonlara üreten bir dışa yayılan şok dalgası oluşturur. Ortaya çıkan yüklerin maruz kalanların ciddi tehditler oluşturmaktadır. Anatominin herhangi bir bölümü şok dalgalarının yaralandı olmasına rağmen, endişe asal alanlar (1) yakın yere yakınlığı ve (2) kafasına nedeniyle alt ekstremite yaralanmaları normal beyin fonksiyonu ve sağkalım 2 inhibe beri 3. Bu yaralanmalar sürekli yaralanma türüne bağlı olarak, birincil, ikincil veya üçüncül yaralanmalar olarak kategorize edilebilir. Bir patlayıcı gücü, ağırlık veya boyut, dikine mesafesi, pozitif darbe süresi ve hareket ettiği orta ile karakterizedir, çünkü yeterince bu yaralanmaların 3-6 kategorize etmek zor olabilir. Kongre raporlar askeri personel patlayıcı nedeniyle yaklaşık 179,000 travmatik yaralar belirtmeksilah ve araç nedeniyle doğaya Mart 2010 2 içinden Irak ve 2000 Afganistan çöker. modern savaş yerleri, baş yaralanmaları askeri ve sivil 3 hem önde gelen bir endişe vardır. Kenara savaş senaryoları dışında, TI otomotiv travma dahil çeşitli nedenleri vardır; rodeo, motosiklet ve ev kazaları; ve spor yaralanmaları. Örneğin, güvenlik ekipmanları ve protokolleri ilerlemelere rağmen, mekanik kaynaklı travmatik beyin hasarı (TBI) yaklaşık 1.4 milyon TBI olayları her raporları Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezi&#39;nin (CDC) mortalite ve morbidite yaşam boyu önde gelen kaynağı olmaya devam ediyor yıl, hangi yaklaşık 50.000 ölümcüldür. Amerikan futbolu, tek başına 300.000 &#39;den fazla TBIs her yıl 7 oluşturmaktadır. Bu tür yaralanmalarda Dul hissi, biliş ve iletişimle ilgili uzun vadeli nörolojik komplikasyonlar açısından risk altındadır. Bu zamanda, yaklaşık vardırBu kronik dezavantajları ve engelli yaşayan 5,3 milyon Amerikalı. 2000-2010 Doğrudan ve dolaylı ABD sağlık giderleri 60000000000 $ 8 olarak gerçekleşti. Ancak bu sayılar olmayan tıbbi masrafları ve kayıpları, ya da TBI hastaları destekleyen aileleri ve arkadaşları tarafından yapılan bu hesaba yok. Salt ekonomik analiz ötesinde, TBI kaynaklı sakatlık aileleri ve toplum üzerinde önemli bir yük olarak tezahür edebilir yaşam kalitesinde önemli bir azalma yaratır. TI oluşumu, karakterizasyonu ve önlenmesi daha iyi anlaşılması için ihtiyaç açıktır. TI fikir ve TI için potansiyel risk altında olanlar için güvenlik özelliklerini maruz kalmayı azaltmak ya da artırmak için fırsat sağlamak temelinde yatan mekanizmaların biyomekanik çalışmalar. Ayrıca, TI oluşumunun genel anlayış daha ilerlemesi iyileştirilmesi sonucu daha iyi araçlarla TI tedavi tıp uzmanları sağlayan tanı yöntemleri ve ölçütleri artırabilirs ve tasarruf yaşıyor. Yaralanma mekanizmaları daha iyi bilgi ve yaralanma geliştirme biyomekanik daha iyi anlaşılması, insan vücudu için etkili koruyucu önlemler geliştirmek için gereklidir. Tarihsel olarak, tahmin yaralanmalar yönelik simülasyonlar istihdam hesaplama kısıtlamalar yanı sıra anatomik sadakat ve malzeme modelleri engel oylandı. Tam vücut simülasyonları her vücut parçası üzerinde genel yükler odaklanmıştır, ancak vb her organ, kas, kemik, yerel gerilme, zorlanma ve hasar gözlenmemiştir. Örneğin, omuz moment modelleri belirli bir senaryo tehlikeli olup olmadığını belirlemek tablo değerleri aramak için kol, yük ve uygulamalı açı boyutlarını kullanın. Doğanın bir hesaplama hızlı tahminler için yararlı ama hasar ve yaralanma özünde yerel, özellikle de omuz elden yerel tüm yol ne oluyor yakalamak olamaz. İkincisi, FE simulations yerel bir yan yakalamak için kullanılmıştır. Bu çabaları sınırlama FEA kendisi, ama henüz patlama yaralanma yükler altında her vücut parçasının davranışını tanımlayan malzeme modelleri. Daha önce kullanılan malzeme modelleri basit malzemelerden uyarlanan ve biyolojik dokular tarafından sergilenen kompleks mekanik davranışları sayısız yakalamak için çaba değil. Bu nedenle, insan vücudundaki organlar için ISV malzeme modelleri ile yüksek sadakat hesaplama modelleri, TIS fizik ve biyomekanik araştırmak için yenilikçi koruyucu giysiler tasarlamak ve yaralanma ölçümleri için daha iyi standartlar oluşturmak en gerçekçi yolu temsil etmektedir. Split-Hopkinson Basınç Bar (SHPB) ve İç Devlet Değişken Arka Plan (ISV) Malzeme Modeli Nedeniyle insan organlarının in vivo test ve geniş çaplı insan kadavra testi ile ilgili lojistik sorunları, curr ile ilgili etik sorunlarent araştırma çabası hayvan suretler çıkarılan organlardan hazırlanan örnekler kullanılarak in vitro mekanik deneyler içeren (örneğin, en sık kullanılan vekil olarak domuz). Polimer SHPB yüksek gerilme oranlarında in vitro test yumuşak biyomalzemeler için tercih edilen yöntem olmuştur. doku mikro özelliklerinden SHPB test ve ilgili doku hasarı ile ilgili bilgi alakalı deformasyon davranışları, organ mekanik açıklamaları 9-10 bizim ISV malzeme modelleri dahil edilmiştir. Bu malzeme modelleri daha sonra çeşitli yaralanmaların FEA yapmak için sanal insan vücudu modeli uygulanmaktadır. Bu süreç doğru bir başka fiziksel deney için gerek kalmadan çeşitli mekanik yükleme koşulları altında verilen organ (örneğin patlama kaynaklı, araba kazası ve künt darbe) bir yaralanmanın fizik ve doğa tahmin hedefine doğru hareket etmemizi sağlar. Doğru t açıklamak içinO insan vücudunun FE simülasyonlarında kullanılan biyomalzemelerin, SHPB deneyleri insan tis ait gerilme oranlarında dinamik mekanik yanıtları elde etmek için biyomalzemeler üzerinde yapılmıştır, mekanik özellikleri, özellikle de üst düzey suşu hızı bağımlılığını fenomenolojik. Gelişmiş Araç Sistemleri Merkezi (Cavs), Mississippi State University&#39;de (MSU) de SHPB kurulumu genel bir bakış Şekil 1&#39;de gösterilmiştir. Önceki çalışmalar SHPB test onunla 12-18 ile bağlantılı üç ana kusurları sahip olduğunu göstermiştir. İlk ve en önemlisi bir başlangıç ​​başak olarak bir biyomalzeme numunenin yüksek deformasyon hızı mekanik tepki gösterir malzeme atalet etkisi vardır. Bu sorunu aşmak için, bir önceki araştırma çabaları şeklinde kuboidal için şekil veya dairesel olarak silindirik gelen numune geometrisi değiştirerek önerdi. Bu tür çalışmalardan elde edilen sonuçtaki mekanik davranışları fro farklıydıNumunenin geometrisi dalga yayılımı, dalga etkileşimleri ve mekanik yanıtı etkilenen çünkü m birbirlerine. Numune geometrisine modifikasyon Bu tür biyo materyalin mekanik tepki (eksenli ve düzgün olmayan stres durumu) hatalı temsilleri yol açmıştır. İkinci önemli kusur, bir test sırasında dinamik kuvvet dengesini korumak için yetersizlik oldu. Araştırmacılar örnek kalınlığı-çap oranı azaltılması ve / veya test öncesinde doku dondurma bu sorunu üstesinden geldi. Azaltılması iken malzeme özellikleri değişmiş olarak numune kalınlığı-çap oranı nedeniyle dokuda mevcut suyun kristalize için test prosedürü doku daha karmaşıktır donma, dinamik kuvvet denge sorunu ele aldı. Bir dizi çalışma, tam yukarıda bilmek SHPB kusurları bahsedilen ve çeşitli hayvan modellerinde (sıçan, domuz, vs.) basınç-zaman tepki elde etmek için bir şok tüpü kullanılır terk etti. Bununla birlikte, bu, birminimal- modelleri FE simülasyonları kullanılan malzeme modelleri için gerekli tek boyutlu tek eksenli gerilme-deformasyon davranışları vermeyin. Üçüncü kusur nedeniyle maddi yumuşaklık ve numune su içeriğinin miktarı nedeniyle barreling numunenin tek boyutlu gerilme-deformasyon sonuçları vermek için SHPB başarısızlığı oldu. Dolayısıyla, SHPB yüksek gerginlik oranı verileri toplamak için uygun bir test cihazı sunuyor. Yumuşak malzemeler için, ancak, SHPB hidrostatik basınç ağırlıklı üç boyutlu gerilme durumunu üreten şişkin uyarır, ancak tek boyutlu gerilme-deformasyon verileri arzu edilir. Biz hala malzeme modeli kalibrasyonu için tek boyutlu tek eksenli gerçek gerilme-deformasyon eğrisi toplamak için SHPB nasıl kullanabileceğinizi burada gösteriyor; Bununla birlikte, tek eksenli, gerçek stres-streyn eğrisi elde edilmesi için gerekli işlem karmaşıktır. Bu süreç çok eksenli deneysel veriler ve FE benzetim sonuçlarını içerir ve bu iteratif tekrar kalibre gerektirirmalzeme modeli sabitleri. Ayrıca maddi nokta simülatörü olarak bilinen MATLAB ISV malzeme modeli, tek boyutlu uygulama kalibrasyonu için tek boyutlu deneysel veri gerektirir. Yani, ISV malzeme modeli sistematik bir kalibrasyon işlemi kullanılarak optimize edilmiştir. Burada, SHPB testlerinden deneysel veriler dalga teorisi formülasyonu ve dinamik kuvvet denge (MSU Yüksek Hız Yazılımı) kapsamında kabul edildi. Zhao ve arkadaşları tarafından rapor edildiği gibi, polimerik SHPB, viskoelastik dağılım denklemlerinin viskoelastik dağılım hesaba için. (2007), MSÜ Yüksek Hız Yazılım uygulanmıştır. viskoelastik dağılım denklemleri test ederken dinamik kuvvet dengesini sağlamada yardımcı oldu. İki süreç hem verileri iyi bir uyum vardı, yani uygun bir uyumlu olduğu kabul edilinceye kadar tek boyutlu malzeme noktası simülatörü sonra bir kaç deneme-FE modelleme metodolojisi bağlamında ayarlandı. Bu veriler edildiMATLAB malzeme yanıt simülatörünün (tek boyutlu) mekanik yanıt ve SHPB FE model &#39;(boyutlu bir) numune merkez stresi karşılaştırarak ISV modeli malzeme sabitleri ayarlamak için kullanılır. İşte FE modelin örnek stres bileşeni dalga yükleme yönünde oldu. Sonra FE modeli örneğinin üç boyutlu davranış iteratif FE simülasyonları gerçekleştirmek ve deneysel gerçek gerilme-deformasyon yanıt ile iyi korelasyon olduğu hacim ortalama yükleme yönü stres böylece ISV sabitleri ayarlanarak kalibre edildi. Böylece, deneysel veriler, FE sonuçları ve tek boyutlu ISV malzeme modeli arasındaki iteratif optimizasyon süreci yürütülmüştür. Tablo 1 ISV malzeme modeli (MSU TP Ver. 1.1) 11 değişkenlerinin bir özetini vermektedir. Bu yöntemin en önemli unsur biyo materyalin tek boyutlu mekanik yanıtını ve malzeme parametreleri elde edilirStres devlet dışı tekdüzelik SHPB test konularını circumvents ISV malzeme modeli için. Aynı zamanda atalet etkileri kaynaklanan biyomalzemenin ilk doğrusal olmayan yanıtını ayırır ve malzemeye özgü olan mekanik bir tepki vermektedir. birleştiğinde metodoloji de numune geometrisi bir değişiklik tamamen Sınır Değer Problemi (BVP) ve numunenin yükleme yönü gerçek gerilme-zorlanma değiştirir gösterdi. Bu nedenle, yukarıda belirtilen metodoloji zararlı mekanik yükler altında insan organlarının yüksek gerginlik oranı davranışlarını simüle sonra kalibre ve için (fenomenolojik ya da mikro bazlı) herhangi bir malzeme modeli ile kullanılabilir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="951">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:699px;">Description</td>
			<td style="width:141px;">Provider</td>
			<td style="width:53px;"></td>
			<td style="width:59px;">Quantity</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">High pressure 316 stainless steel threaded pipe fitting, 1/2 male x 1/4 female pipe size, hex reducing bushing</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Type 316 stainless steel threaded pipe fitting, 3/4 male x 1/4 female, hex reducing bushing 150 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Easy-maintenance type 316SS ball valve, with 316 stainless steel ends, 1/2&#34; NPT female</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Easy-maintenance type 316SS ball valve, with 316 stainless steel ends, 3/4&#34; NPT female</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ASME-code stainless steel pop-safety valve, 1/4 NPT male, 300 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Precision extreme-pressure 316SS pipe fitting, 1/2 x 1/2 pipe size, 1-7/8&#34; length, hex nipple</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">8</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">type 316 stainless steel threaded pipe fitting, 1/2 pipe size, tee, 150 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Test gauge with safety case, polyester case, standard, dry, 600 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Digital gauge, plastic case, 2-1/2&#34; dial, 1/4 bottom connection, 300 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Type 316 stainless steel 37 degree flared tube fitting, adapter for 1/4&#34; tube OD x 1/8&#34; NPT male pipe</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">12</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">303 stainless steel 37 degree JIC swivel fitting for 3/16&#34; ID</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">12</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">High-pressure chemical hose, 3/16&#34; ID, 0.312&#34; OD, 3000 psi</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">6</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">High-Purity Gas Regulator Single-Stage, Nitrogen, 0-125 PSI, CGA #580</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hose for Nitrogen Gas, Argon, and Oxygen Brass Fem Fittings, PTFE Hose, 3&#39;L, 1/4&#34; ID, 3600 PSI</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Extreme-Pressure 316 SS Threaded Pipe Fitting 1/4 X 1/4 Pipe Size, Hex Nipple</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">4</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Extreme-Pressure 316 SS Threaded Pipe Fitting 3/4 X 3/4 Pipe Size, Hex Nipple</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Extreme-Pressure 316 SS Threaded Pipe Fitting 1/4 Male X 1/8 Female Pipe Size, Hex Bushing</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Standard Brass Compression Tube Fitting Adapter for 1/4&#34; Tube OD X 1/4&#34; NPTF Male Pipe</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">4</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Kobalt 1/4 in Mini Regulator with Gauge</td>
			<td>Lowes</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1/4&#34; x 25 ft polyethylene tubing</td>
			<td>Lowes</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1-1/2&#34; Diameter Polycarbonate (PC) Rod</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">LTV-35 4-Way Valve Mead Fluid Dynamics</td>
			<td>Motion Industries</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pneumatic double action actuator</td>
			<td>Valtronic</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Stainless Steel Ball Valve 1/2&#34;</td>
			<td>Valtronic</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Buckeye pressure vessel</td>
			<td>Buckeye</td>
			<td></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;">SR-4 General Purpose FAE-25-35SX Strain Gages</td>
			<td style="width:141px;">Micro-Measurement Vishay Precision Group</td>
			<td style="width:53px;"></td>
			<td align="right">2</td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;">M-M Signal Conditioning Amplifier 2310A</td>
			<td style="width:141px;">Micro-Measurement Vishay Precision Group</td>
			<td style="width:53px;"></td>
			<td align="right">1</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Laser ROLS-W optical sensor</td>
			<td>Monarch Instruments</td>
			<td></td>
			<td align="right">1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a coupled experiment-finite element modeling methodology for assessing high strain rate mechanical response of soft biomaterials

Bu çalışma yüksek gerilme oranları maruz kalan yumuşak biyomalzemeler (örneğin beyin, karaciğer, tendon, yağ, vs.) mekanik davranışını incelemek için kombine deneysel ve sonlu elemanlar (FE) simülasyon yaklaşım sunuyor. Bu çalışma 100-1,500 sn gerilme oranlarını oluşturmak için Split-Hopkinson Basınç Bar (SHPB) kullanılmaktadır -1. SHPB viskoelastik bir materyal (polikarbonat) &#39;dan oluşan bir vurucu çubuğu kullanılabilir. Biyo materyalin bir numunesi postmortem kısa bir süre elde SHPB testleri için hazırlanmıştır. örnek olaydan ve gönderilen çubuklar arasına yerleştirilmiş olan ve SHPB pnömatik komponentler olay bar doğru forvet çubuğunu götürmek aktive edilmiştir. Ortaya çıkan darbe olayı barda yolculuk bir basma gerilmesi dalga (yani olay dalgası) oluşturulur. Basma gerilmesi dalga olay çubuğunun sonuna ulaştığında, bir kısmı numune ileriye doğru devam etti ve (i bar bulaşan.e. iletilen dalga) diğer bir kısmı gerilme dalgası olarak olay bar iptal ederken (yani) dalga yansıtıyordu. Bu dalgalar olaydan ve iletilen çubukları monte gerilme mastar kullanılarak ölçüldü. Numunenin gerçek gerilme-deformasyon davranışı dalga yayılımı ve dinamik kuvvet denge dayalı denklem belirlendi. Numune şişti çünkü deneysel gerilme-deformasyon tepkisi doğada üç boyutlu oldu. Bu nedenle, bir hidrostatik gerilim (birinci değişmeyen) gerilme-deformasyon tepkisi üretmek için kullanıldı. Doku tek eksenli (tek boyutlu) mekanik yanıtını elde etmek için, bir yinelemeli birleştiğinde optimizasyon deney sonuçlarını ve doku için kullanılan bir iç Devlet Değişken (ISV) malzeme modeli içeriyordu Sonlu Elemanlar Analizi (FEA) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneği FE simülasyonlarında kullanılan ISV malzeme modeli iteratif deneysel veriler, tha (yani optimize) kalibre edildiDeney ve FEA strain gage değerleri ve gerilmelerin birinci değişmez t iyi bir uyum vardı.

<html> birleştirilmiş yöntemin etkinliği, Şekil 3&#39;te örnek olarak verilmiştir. Burada beyin için SHPB deney gerilme-deformasyon tepkisi daha düşük bir gerilme durumuna olan (0.32 MPa&#39;lık bir pik gerilme) ile karşılaştırıldığında tek boyutlu malzemenin gerilme durumuna FE örnek merkez hattı (element) ortalamasına yakındır, (0.74 pik değeri MPa) ile nokta simülatörü. Bu deformasyon, yumuşak biyomalzemeler sergi doğası nedeniyle. Gerilme oranları yüksek ve biyomalze...

Watch this Scientific Journal Video about A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials at JoVE.com

A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials

Bu çalışma, yumuşak biyomalzemeler (beyin, karaciğer, tendon, yağ, vs.) tek eksenli dinamik mekanik yanıtını elde etmek için bir deney birleştiğinde-sonlu eleman simülasyon metodolojisi koşuyor. Çünkü numunenin ortaya çıkan eksenli deneysel sonuçlar biyomalzemenin sonlu elemanlar analizinin iteratif optimizasyon ile simüle zaman tek eksenli gerçek gerilme-deformasyon davranışı hale getirildi Split-Hopkinson Basınç Bar testlerden elde edilen şişkin.

Yumuşak Biyomalzeme Yüksek Deformasyon Hızı Mekanik Tepki değerlendirilmesi için Coupled Deney-sonlu Eleman Modelleme Metodolojisi

This study offers a combined experimental and finite element (FE) simulation approach for examining the mechanical behavior of soft biomaterials (e.g. ...

a-coupled-experiment-finite-element-modeling-methodology-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.4K Görüntüleme.  Mississippi State University.  Bu çalışma, yumuşak biyomalzemeler (beyin, karaciğer, tendon, yağ, vs.) tek eksenli dinamik mekanik yanıtını elde etmek için bir deney birleştiğinde-sonlu eleman simülasyon metodolojisi koşuyor. Çünkü numunenin ortaya çıkan eksenli deneysel sonuçlar biyomalzemenin sonlu elemanlar analizinin iteratif optimizasyon ile simüle zaman tek eksenli gerçek gerilme-deformasyon davranışı hale getirildi Split-Hopkinson Basınç Bar testlerden elde e...

Video: A Coupled Experiment-finite Element Modeling Methodology for Assessing High Strain Rate Mechanical Response of Soft Biomaterials

Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or fundamental cell biology studies is limited by current bioreactor technologies, which cannot simultaneously apply a variety of mechanical stimuli to cultured cells. In order to address this issue, we have developed a series of microfabricated platforms designed to screen for the effects of mechanical stimuli in a high-throughput format. In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and further demonstrate how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

Mekanik Dinamik Hücre Kültürü için Microfabricated platformlar

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

Biyomühendislik

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

Biyomalzemelerin Yüksek Verimli Discovery için Polimer Mikroarray&#39;ler

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

An Improved Mechanical Testing Method to Assess Bone-implant Anchorage

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a nano-scale. As such, traditional methods of describing implant surfaces -&#160;namely numerical determinants of surface roughness -&#160;are inadequate for predicting in vivo performance. Biomechanical testing provides an accurate and comparative platform to analyze the performance of biomaterial surfaces. An improved mechanical testing method to test the anchorage of bone to candidate implant surfaces is presented. The method is applicable to both early and later stages of healing and can be employed for any range of chemically or mechanically modified surfaces -&#160;but not smooth surfaces. Custom rectangular implants are placed bilaterally in the distal femora of male Wistar rats and collected with the surrounding bone. Test specimens are prepared and potted using a novel breakaway mold and the disruption test is conducted using a mechanical testing machine. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate and reproducible means for isolating an exact peri-implant region for testing.

An improved method to mechanically test bone anchorage to candidate implant surfaces is presented. This method allows for alignment of the disruption force exactly perpendicular, or parallel, to the plane of the implant surface, and provides an accurate means to direct the disruption forces to an exact peri-implant region.

Kemik-implant Anchorage değerlendirmek için bir Geliştirilmiş Mekanik Test Metodu

Recent advances in material science have led to a substantial increase in the topographical complexity of implant surfaces, both on a micro- and a ...

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an area of productive research with over 1,400 published animal studies in just the last 5 years. Numerous techniques have been developed for quantifying smooth muscle activity of the stomach, small intestine, and colon. In vitro and ex vivo techniques offer powerful tools for mechanistic studies of GI function, but outside the context of the integrated systems inherent to an intact organism. Typically, measuring in vivo smooth muscle contractions of the stomach has involved an anesthetized preparation coupled with the introduction of a surgically placed pressure sensor, a static pressure load such as a mildly inflated balloon or by distending the stomach with fluid under barostatically-controlled feedback. Yet many of these approaches present unique disadvantages regarding both the interpretation of results as well as applicability for in vivo use in conscious experimental animal models. The use of dual element strain gages that have been affixed to the serosal surface of the GI tract has offered numerous experimental advantages, which may continue to outweigh the disadvantages. Since these gages are not commercially available, this video presentation provides a detailed, step-by-step guide to the fabrication of the current design of these gages. The strain gage described in this protocol is a design for recording gastric motility in rats. This design has been modified for recording smooth muscle activity along the entire GI tract and requires only subtle variation in the overall fabrication. Representative data from the entire GI tract are included as well as discussion of analysis methods, data interpretation and presentation.

Fabrication and Implantation of Miniature Dual-element Strain Gages for Measuring In Vivo Gastrointestinal Contractions in Rodents.

The in vivo measurement of smooth muscle contractions along the gastrointestinal tract of laboratory animals remains a powerful, though underutilized, technique. Flexible, dual element strain gages are not commercially available and require fabrication. This protocol describes the construction of reliable, inexpensive strain gages for acute or chronic implantation in rodents.

Ölçüm Minyatür Çift elemanlı deformasyon ölçüm aletlerinin imalat ve implantasyon<em&gt; In Vivo</em&gt; Kemirgenler Gastrointestinal Kasılmalar.

Gastrointestinal dysfunction remains a major cause of morbidity and mortality. Indeed, gastrointestinal (GI) motility in health and disease remains an ...

An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular cartilage impairs its load-bearing function substantially as it experiences tremendous chemical degradation, i.e. proteoglycan loss and collagen fibril disruption. One promising way to investigate chemical damage mechanisms during OA is to expose the cartilage specimens to an external solute and monitor the diffusion of the molecules. The degree of cartilage damage (i.e. concentration and configuration of essential macromolecules) is associated with collisional energy loss of external solutes while moving across articular cartilage creates different diffusion characteristics compared to healthy cartilage. In this study, we introduce a protocol, which consists of several steps and is based on previously developed experimental micro-Computed Tomography (micro-CT) and finite element modeling. The transport of charged and uncharged iodinated molecules is first recorded using micro-CT, which is followed by applying biphasic-solute and multiphasic finite element models to obtain diffusion coefficients and fixed charge densities across cartilage zones.

We propose a protocol to investigate the transport of charged and uncharged molecules across articular cartilage with the aid of recently developed experimental and numerical methods.

Deneysel ve Sonlu Eleman Protokolü Eklem Kıkırdak genelinde Nötr ve Yüklü Çözünenlerin Ulaştırma Araştırma

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for specialized equipment and trained personnel require that many diagnostic tests be performed at remote, centralized clinical laboratories. Magnetic levitation is a simple yet powerful technique and can be applied to levitate cells, which are suspended in a paramagnetic solution and placed in a magnetic field, at a position determined by equilibrium between a magnetic force and a buoyancy force. Here, we present a versatile platform technology designed for point-of-care diagnostics which uses magnetic levitation coupled to microscopic imaging and automated analysis to determine the density distribution of a patient's cells as a useful diagnostic indicator. We present two platforms operating on this principle: (i) a smartphone-compatible version of the technology, where the built-in smartphone camera is used to image cells in the magnetic field and a smartphone application processes the images and to measures the density distribution of the cells and (ii) a self-contained version where a camera board is used to capture images and an embedded processing unit with attached thin-film-transistor (TFT) screen measures and displays the results. Demonstrated applications include: (i) measuring the altered distribution of a cell population with a disease phenotype compared to a healthy phenotype, which is applied to sickle cell disease diagnosis, and (ii) separation of different cell types based on their characteristic densities, which is applied to separate white blood cells from red blood cells for white blood cell cytometry. These applications, as well as future extensions of the essential density-based measurements enabled by this portable, user-friendly platform technology, will significantly enhance disease diagnostic capabilities at the point of care.

We present a magnetic levitation technique coupled with automated imaging and analysis in both a smartphone-compatible device and a device with embedded imaging and processing. This is applied to measure the density distribution of cells with two demonstrated biomedical applications: sickle cell disease diagnosis and separating white and red blood cells.

Hastalık Teşhis için Taşınabilir Görüntüleme ve Analiz ile birleştiğinde Manyetik Levitasyonunun

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for ...

Quantification of Strain in a Porcine Model of Skin Expansion Using Multi-View Stereo and Isogeometric Kinematics

Tissue expansion is a popular technique in plastic and reconstructive surgery that grows skin in vivo for correction of large defects such as burns and giant congenital nevi. Despite its widespread use, planning and executing an expansion protocol is challenging due to the difficulty in measuring the deformation imposed at each inflation step and over the length of the procedure. Quantifying the deformation fields is crucial, as the distribution of stretch over time determines the rate and amount of skin grown at the end of the treatment. In this manuscript, we present a method to study tissue expansion in order to gain quantitative knowledge of the deformations induced during an expansion process. This experimental protocol incorporates multi-view stereo and isogeometric kinematic analysis in a porcine model of tissue expansion. Multi-view stereo allows three-dimensional geometric reconstruction from uncalibrated sequences of images. The isogeometric kinematic analysis uses splines to describe the regional deformations between smooth surfaces with few mesh points. Our protocol has the potential to bridge the gap between basic scientific inquiry regarding the mechanics of skin expansion and the clinical setting. Eventually, we expect that the knowledge gained with our methodology will enable treatment planning using computational simulations of skin deformation in a personalized manner.

This protocol uses multi-view stereo to generate three-dimensional (3D) models out of uncalibrated sequences of photographs, making it affordable and adjustable to a surgical setting. Strain maps between the 3D models are quantified with spline-based isogeometric kinematics, which facilitate representation of smooth surfaces over coarse meshes sharing the same parameterization.

Multi-View Stereo ve Isogeometric Kinematics kullanma Cilt Genişleme bir Domuz Modeli Genleme Niceleme

Tissue expansion is a popular technique in plastic and reconstructive surgery that grows skin in vivo for correction of large defects such as burns and ...

Methodology for Biomimetic Chemical Neuromodulation of Rat Retinas with the Neurotransmitter Glutamate In Vitro

Photoreceptor degenerative diseases cause irreparable blindness through the progressive loss of photoreceptor cells in the retina. Retinal prostheses are an emerging treatment for photoreceptor degenerative diseases that seek to restore vision by artificially stimulating the surviving retinal neurons in the hope of eliciting comprehensible visual perception in patients. Current retinal prostheses have demonstrated success in restoring limited vision to patients using an array of electrodes to electrically stimulate the retina but face substantial physical barriers in restoring high acuity, natural vision to patients. Chemical neurostimulation using native neurotransmitters is a biomimetic alternative to electrical stimulation and could bypass the fundamental limitations associated with retinal prostheses using electrical neurostimulation. Specifically, chemical neurostimulation has the potential to restore more natural vision with comparable or better visual acuities to patients by injecting very small quantities of neurotransmitters, the same natural agents of communication used by retinal chemical synapses, at much finer resolution than current electrical prostheses. However, as a relatively unexplored stimulation paradigm, there is no established protocol for achieving chemical stimulation of the retina in vitro. The purpose of this work is to provide a detailed framework for accomplishing chemical stimulation of the retina for investigators who wish to study the potential of chemical neuromodulation of the retina or similar neural tissues in vitro. In this work, we describe the experimental setup and methodology for eliciting retinal ganglion cell (RGC) spike responses similar to visual light responses in wild-type and photoreceptor-degenerated wholemount rat retinas by injecting controlled volumes of the neurotransmitter glutamate into the subretinal space using glass micropipettes and a custom multiport microfluidic device. This methodology and protocol are general enough to be adapted for neuromodulation using other neurotransmitters or even other neural tissues.

Methodology for Biomimetic Chemical Neuromodulation of Rat Retinas with the Neurotransmitter Glutamate In Vitro

This protocol describes a novel method for investigating a form of chemical neurostimulation of wholemount rat retinas in vitro with the neurotransmitter glutamate. Chemical neurostimulation is a promising alternative to the conventional electrical neurostimulation of retinal neurons for treating irreversible blindness caused by photoreceptor degenerative diseases.

Biomimetic kimyasal Neuromodulation, sıçan retina nörotransmitter Glutamat Vitro ile için metodoloji

Photoreceptor degenerative diseases cause irreparable blindness through the progressive loss of photoreceptor cells in the retina. Retinal prostheses are ...

Stiffness Measurement of Soft Silicone Substrates for Mechanobiology Studies Using a Widefield Fluorescence Microscope

Soft tissues in the human body typically have stiffness in the kilopascal (kPa) range. Accordingly, silicone and hydrogel flexible substrates have been proven to be useful substrates for culturing cells in a physical microenvironment that partially mimics in vivo conditions. Here, we present a simple protocol for characterizing the Young's moduli of isotropic linear elastic substrates typically used for mechanobiology studies. The protocol consists of preparing a soft silicone substrate on a Petri dish or stiff silicone, coating the top surface of the silicone substrate with fluorescent beads, using a millimeter-scale sphere to indent the top surface (by gravity), imaging the fluorescent beads on the indented silicone surface using a fluorescence microscope, and analyzing the resultant images to calculate the Young's modulus of the silicone substrate. Coupling the substrate's top surface with a moduli extracellular matrix protein (in addition to the fluorescent beads) allows the silicone substrate to be readily used for cell plating and subsequent studies using traction force microscopy experiments. The use of stiff silicone, instead of a Petri dish, as the base of the soft silicone, enables the use of mechanobiology studies involving external stretch. A specific advantage of this protocol is that a widefield fluorescence microscope, which is commonly available in many labs, is the major equipment necessary for this procedure. We demonstrate this protocol by measuring the Young's modulus of soft silicone substrates of different elastic moduli.

Substrates with stiffness in the kilopascal-range are useful to study the response of cells to physiologically relevant micro-environment stiffness. Using just a widefield fluorescence microscope, the Young's modulus of soft silicone gels can be determined using an indentation with a suitable sphere.

Yumuşak silikon yüzeylerde sertlik ölçüm Widefield floresan mikroskop kullanarak Mechanobiology çalışmaları için

Soft tissues in the human body typically have stiffness in the kilopascal (kPa) range. Accordingly, silicone and hydrogel flexible substrates have been ...

Biaxial Mechanical Characterizations of Atrioventricular Heart Valves

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive models, which provide a mathematical representation of the mechanical function of those structures. This presented biaxial mechanical testing protocol involves (i) tissue acquisition, (ii) the preparation of tissue specimens, (iii) biaxial mechanical testing, and (iv) postprocessing of the acquired data. First, tissue acquisition requires obtaining porcine or ovine hearts from a local Food and Drug Administration-approved abattoir for later dissection to retrieve the valve leaflets. Second, tissue preparation requires using tissue specimen cutters on the leaflet tissue to extract a clear zone for testing. Third, biaxial mechanical testing of the leaflet specimen requires the use of a commercial biaxial mechanical tester, which consists of force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation testing protocols to characterize the leaflet tissue&#39;s mechanical properties. Finally, post-processing requires the use of data image correlation techniques and force and displacement readings to summarize the tissue&#39;s mechanical behaviors in response to external loading. In general, results from biaxial testing demonstrate that the leaflet tissues yield a nonlinear, anisotropic mechanical response. The presented biaxial testing procedure is advantageous to other methods since the method presented here allows for a more comprehensive characterization of the valve leaflet tissue under one unified testing scheme, as opposed to separate testing protocols on different tissue specimens. The proposed testing method has its limitations in that shear stress is potentially present in the tissue sample. However, any potential shear is presumed negligible.

This protocol involves characterizations of atrioventricular valve leaflets with force-controlled, displacement-controlled, and stress-relaxation biaxial mechanical testing procedures. Results acquired with this protocol can be used for constitutive model development to simulate the mechanical behavior of functioning valves under a finite element simulation framework.

Atriyoventriküler kalp kapakları biaxial mekanik karakterizasyonu

Extensive biaxial mechanical testing of the atrioventricular heart valve leaflets can be utilized to derive&#160;optimal parameters used in constitutive ...