×

非平衡热力学框架下多孔超弹性充气容器中聚合物骨架的应变诱导降解。 (英语) Zbl 07498564号

摘要:本工作将Poro超弹性理论(P-HT)发展为Ogden-Hill材料模型下的流体饱和多孔聚合物骨架,该骨架具有由本体降解引起的不均匀性质。可降解骨架中唯一的耗散源是机械应变。为了获取本构和演化规律,在非平衡热力学框架中调用了P-HT和最大能量耗散率原理。该模型通过可用的实验数据和固结物理概念进行了验证。该降解模型应用于平面应变情况下渗透率依赖于孔隙率的流体饱和压力聚合物容器。为了逼近可降解多孔容器的非线性方程,在FlexPDE商业软件中编程实现了标准伽辽金有限元法(SGFEM)。与文献中研究的无流体力学效应的可降解超弹性聚合物相反,骨架降解最初以非最大降解速率开始。降解导致血管中依赖于变形的孔隙度和渗透率增加。降解导致容器中孔隙压力的缓慢演变。由于骨架可降解,除了耦合过程的最终时间外,孔隙压力和应力还可以达到与时间无关的平坦区域。充气容器内半径的能量耗散率和材料软化率较高。

MSC公司:

76倍 流体力学
74-XX岁 可变形固体力学

软件:

柔性PDE
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Abu Al-Rub,R.K。;Darabi,M.K.,时间和速率相关材料本构建模的热力学框架。第一部分:理论,《国际塑性杂志》,34,61-92(2012)
[2] Anand,L.,微孔聚合物材料的大变形多孔塑性理论,固体力学和物理杂志,98,126-155(2017)·Zbl 1482.74067号
[3] ANSYS Inc帮助(2018),第19版
[4] Auton,L.C.公司。;MacMinn,C.W.,《从动脉到钻孔:多孔弹性圆柱体对流体注入的稳态响应》,(英国皇家学会学报a:数学、物理和工程科学,473(2017)),第20160753页·Zbl 1404.76251号
[5] Auton,L.C.公司。;MacMinn,C.W.,《从动脉到钻孔:多孔弹性圆柱体对流体注入的瞬态响应》,(英国皇家学会学报a:数学、物理和工程科学,474(2018)),第20180284页·Zbl 1404.76250号
[6] Ayyalasomayajula,A。;R.I.公园。;西蒙,B.R。;Vande Geest,J.P.,《眼球的一种多孔弹性有限元模型:刚度和渗透率对眼压和视神经头生物力学的影响》,《生物力学和生物医学工程中的计算机方法》,19,6,591-602(2016)
[7] Baek,S。;Pence,T.J.,《纤维增强聚合物的溶胀诱导降解》,国际工程科学杂志,47,11,1100-1109(2009)·Zbl 1213.74085号
[8] Baek,S。;Pence,T.J.,《纤维增强超弹性材料的机械诱导降解》,固体数学与力学,16,4,406-434(2011)·Zbl 1269.74049号
[9] Biot,M.A.,《三维固结的一般理论》,应用物理杂志,12,2,155-164(1941)·肯尼迪67.0837.01
[10] Boland,E.L。;Shine,R。;凯利,N。;斯威尼,C.A。;McHugh,P.E.,《用于分析和设计生物可吸收支架的材料降解模型综述》,《生物医学工程年鉴》,44,2,341-356(2016)
[11] 陈,Y。;周,S。;Li,Q.,《疏松聚合物降解的数学模型:在组织工程支架和药物输送系统中的应用》,生物材料学报,7,3,1140-1149(2011)
[12] Cheng,A.H.D.,《多孔弹性》(2015),Springer-Verlag·Zbl 1402.74004号
[13] 切斯特,S.A。;Anand,L.,弹性材料的流体渗透和大变形耦合理论,固体力学和物理杂志,58,11,1879-1906(2010)·兹比尔1225.74034
[14] 朱,Z。;郑琦。;Guo先生。;姚,J。;徐,P。;Feng,W.,流体剪切应力对聚(丙交酯-聚乙二醇)酸膜体外降解的影响,生物医学材料研究杂志A部分,104,9,2315-2324(2016)
[15] Chung,C.-。年。;Mansour,J.M.,ANSYS在无侧限压缩条件下关节软骨应力松弛中的应用,中国工程院学报,37,3,376-384(2014)
[16] Coussy,O.,《孔隙力学》(2004),Wiley
[17] 库西,O。;多米厄,L。;Detournay,E.,《从混合物理论到多孔介质的biot方法》,《国际固体与结构杂志》,35,34,4619-4635(1998)·兹比尔0932.74014
[18] 德雷尔,M.L。;Nagaraja,S。;Bui,H。;Hong,D.,医疗相关可吸收聚合物中载荷相关蠕变行为的表征,生物医学材料力学行为杂志,29,470-479(2014)
[19] Dwivedi,R。;库马尔,S。;潘迪,R。;Mahajan,A。;Nandana,D。;Katti,D.S.,《聚己内酯作为骨支架的生物材料:文献综述》,《口腔生物学和颅面研究杂志》,10,1,381-388(2020)
[20] Faghihi,D。;X·冯。;利马,E.A.B.F。;Oden,J.T。;Yankeelov,T.E.,多组分肿瘤生长的耦合质量传输和变形理论,固体力学和物理杂志,139,第103936页,(2020)·Zbl 1477.74032号
[21] 风扇,Y.-。B。;李,P。;曾磊。;黄,X.-。J.,机械负荷对聚(d,l-乳酸)泡沫降解的影响,聚合物降解和稳定性,93,3677-683(2008)
[22] Farrar,D.,9-生物可吸收聚合物降解过程的建模,(Buchanan,F.,生物可吸收材料的降解速率(2008),Woodhead Publishing),183-206
[23] Fazekas,B。;Goda,T.J.,聚合物泡沫超粘弹性材料模型精确校准的数值应力解,国际固体与结构杂志,191-192,390-400(2020)
[24] PDE Solution Inc(2017),第7版
[25] Ford Versypt,A.N。;包装,D.W。;Braatz,R.D.,自催化降解PLGA微球药物释放的数学模型——综述,《控制释放杂志》,165,1,29-37(2013)
[26] Gajo,A.,《有限应变下饱和多孔介质(含可压缩固体成分)等温超弹性建模的一般方法》(英国皇家学会学报A:数学、物理和工程科学,466(2010)),3061-3087·Zbl 1211.74094号
[27] Gunashekar,S。;皮莱,K.M。;教堂,公元前。;Abu-Zahra,N.H.,《用于过滤的聚氨酯泡沫中的液体流动:其特性和渗透率估算的研究》,《多孔材料杂志》,22,3,749-759(2015)
[28] Guo先生。;朱,Z。;姚,J。;冯·W。;Wang,Y。;Wang,L.,拉伸应力对可生物降解PLGA膜降解的影响:定量研究,聚合物降解和稳定性,124,95-100(2016)
[29] 哈珀,J.L。;西蒙,B.R。;Vande Geest,J.P.,一个一维混合孔隙超松弛传输膨胀有限元模型,《生物医学材料力学行为杂志》,29,663-675(2014)
[30] Holzapfel,G.(2000年)。非线性固体力学:工程的连续方法·兹伯利0980.74001
[31] Jain,R.K.,《规范肿瘤微环境以治疗癌症:生物标记物的床边试验》,《临床肿瘤学杂志》,31,17,2205-2218(2013)
[32] Jain,R.K。;Stylianopoulos,T.,《为实体肿瘤提供纳米药物》,《自然评论临床肿瘤学》,7,11,653-664(2010)
[33] Jang,L.K。;Fletcher,G.K。;门罗,工商管理硕士。;Maitland,D.J.,《具有止血应用适当热性能的生物降解形状记忆聚合物泡沫》,《生物医学材料研究杂志》A部分,108,6,1281-1294(2020)
[34] 贾萨耶里,H.E。;李,S.-。医学硕士。;库恩,L。;Fahimipour,F。;Tahriri,M。;Tayebi,L.,牙髓组织工程用聚合物支架:综述,牙科材料,36,2,e47-e58(2020)
[35] 卡泽米安,M。;Moazemi Goudarzi,A。;Hassani,A.,《不可压缩聚合物压力容器体降解研究》,《固体数学与力学》,第10812865211033634条,pp.(2021)
[36] 卡泽米安,M。;Moazemi Goudarzi,A。;Hassani,A.,《通过非平衡热力学框架对可压缩聚合物压力容器变形诱导降解的研究》,《固体数学与力学》,第10812865211042924页,(2021)
[37] Khan,K.A。;El Sayed,T.,生物可降解聚合物非线性粘弹性响应的唯象本构模型,机械学报,224,2287-305(2012)·Zbl 1338.74022号
[38] Kossa,A。;Berezvai,S.,《聚合物泡沫材料超弹性参数拟合程序的新策略》,《聚合物测试》,53149-155(2016)
[39] 拉曼蒂,F.P。;莫雷尔,M。;博塔,L。;Mistretta,M.C。;Ceraulo,M.,《聚合物共混物的降解:简要综述》,《聚合物降解和稳定性》,14579-92(2017)
[40] 莱科克,B。;尼科利奇,M。;科尔维尔,J.M。;Gauthier,E。;哈雷,P。;Bottle,S.,生物可降解聚合物的寿命预测,聚合物科学进展,71,144-189(2017)
[41] 李,P。;X·冯。;贾,X。;Fan,Y.,拉伸载荷对静电纺丝聚(L-丙交酯-co-乙交酯)支架体外降解的影响,生物材料学报,6,8,2991-2996(2010)
[42] 李毅。;朱,Z。;李,X。;丁,X。;Guo先生。;Zhao,H.,机械负荷对脂肪族生物可降解聚酯降解的影响,再生生物材料,4,3179-190(2017)
[43] Lim,H.等人。;哈,S。;Bae,M。;S.-Yoon。H.,一种高度稳健的方法来制造用于药物输送的尖头可生物降解聚合物微针的大规模可定制模具,《国际药剂学杂志》,600,第120475页,(2021)
[44] 阿联酋利马。;费雷拉,H。;Reis,R.L。;Neves,N.M.,《可生物降解聚合物:骨和软骨疾病药物递送的最新进展》,药物递送专家意见,16,8795-813(2019)
[45] 易卜拉希米,M.S。;詹马德,M.H。;塔赫里,M。;Barimani,M.,外场作用下平面管道内四级流体流动的传热,壁面对流,国际机械科学杂志,128-129564-571(2017)
[46] 马,C.H。;张海波。;Yang,S.M。;尹,R.X。;姚晓杰。;Zhang,W.J.,PLGA支架在微通道、振动和静态条件下的降解行为比较,生物微流体,12,3,文章034106 pp.(2018)
[47] 麦克明,C.W。;杜弗兰,E.R。;Wettlaufer,J.S.,《软颗粒材料的流体驱动变形》,《物理评论》X,5,1,第011020条,pp.(2015)
[48] 麦克明,C.W。;杜弗雷斯,E.R。;Wettlaufer,J.S.,《软多孔材料的大变形》,《应用物理评论》,2016年第5期,第4期
[49] Moerman,K.M。;Fereidoonnezhad,B。;McGarry,J.P.,大体积变形的新型超弹性模型,国际固体与结构杂志,193-194,474-491(2020)
[50] Naseem,R。;赵,L。;Silberschmidt,V。;刘,Y。;斯凯夫,O。;Willcock,H.,生物可吸收聚合物支架在体外两年降解过程中的机械和化学特性,生物材料应用杂志,34,1,61-73(2019)
[51] 潘,Y。;Zhong,Z.,考虑吸湿性的单向天然纤维增强复合材料非线性本构模型,固体力学与物理杂志,69,132-142(2014)·Zbl 1328.74026号
[52] 潘,Y。;Zhong,Z.,《杂交对天然纤维复合材料吸湿和机械降解的影响:分析方法》,复合材料科学与技术,110,132-137(2015)
[53] Pence,T.J.,关于有限变形多孔弹性中具有不可压缩成分约束的边值问题的公式,应用科学中的数学方法,35,15,1756-1783(2012)·兹比尔1255.35206
[54] 彭德加斯特,M.M。;Hoek,E.M.V.,水处理膜纳米技术综述[10.1039/C0EE00541J],能源与环境科学,4,6,1946-1971(2011)
[55] Pilgrim,T。;Rothenbühler,M。;Siontis,G.C.M。;Kandzari,D.E。;伊格莱西亚斯,J.F。;Asami,M.,接受经皮冠状动脉介入治疗的患者中可生物降解聚合物西罗莫司洗脱支架与耐用聚合物依维莫司洗脱支架的比较:5项随机试验的个体患者数据的荟萃分析,《美国心脏杂志》,235140-148(2021)
[56] Porex过滤。(2021). http://www.porexfilteration.com/learning-center/technology/what-is-microfilteration/。
[57] Rajagopal,K.R。;Srinivasa,A.R.,《关于连续统的热力学限制》(伦敦皇家学会学报,A辑:数学、物理和工程科学(2004)),631-651·Zbl 1041.74002号
[58] Rajagopal,K.R。;Srinivasa,A.R。;Wineman,A.S.,《关于降解聚合物梁的剪切和弯曲》,《国际塑性杂志》,23,9,1618-1636(2007)·Zbl 1134.74329号
[59] Rajagopal,K.R。;Wineman,A.S.,《经受变形诱导微观结构变化的非线性固体的本构方程》,《国际塑性杂志》,8,4,385-395(1992)·Zbl 0765.73005号
[60] Sazali,N。;Mohamed,医学硕士。;Salleh,W.N.W.,《氢分离膜:重要评论》,《国际先进制造技术杂志》,107,3,1859-1881(2020)
[61] 塞尔瓦杜赖,A.P.S。;Suvorov,A.P.,多孔超弹性材料中的水-机械耦合效应,固体力学和物理杂志,91,311-333(2016)
[62] 塞尔瓦杜赖,A.P.S。;Suvorov,A.P.,《关于多孔超弹性环空的膨胀》,《固体力学与物理杂志》,107,229-252(2017)
[63] 塞尔瓦杜赖,A.P.S。;Suvorov,A.P.,《由多孔超弹性材料组成的环空和壳体中不稳定性的发展》(英国皇家学会学报A:数学、物理和工程科学,474(2018)),第20180239页·Zbl 1407.74062号
[64] 夏普,W.N.,《Springer实验固体力学手册》(2008)
[65] 水,H。;石青(Shi,Q.)。;新墨西哥州普尼奥。;陈,Q。;Li,Z.,机械刺激对不同设计结构聚乳酸支架降解的影响,生物医学材料力学行为杂志,96,324-333(2019)
[66] Silva,医学硕士。;Belmonte-Reche,E。;de Amorim,M.T.P.,通过实验设计(DOE)强化的醋酸纤维素膜的形态和水通量,碳水化合物聚合物,254,第117407条,pp.(2021)
[67] 苏亚雷斯,J.S。;Moore,J.E.,《聚合物生物降解支架的生物力学挑战》,《生物医学工程年鉴》,44,2,560-579(2016)
[68] 苏亚雷斯,J.S。;摩尔,J.E。;Rajagopal,K.R.,生物可降解聚合物的组成框架及其在生物可降解支架中的应用,ASAIO J,54,32295-301(2008)
[69] 苏亚雷斯,J.S。;Rajagopal,K.R。;Moore,J.E.,可降解聚合物圆柱形环的变形诱导水解,机械生物学中的生物力学和建模,9,2,177-186(2010)
[70] Suvorov,A.P。;Selvadurai,A.P.S.,关于多孔超弹性剪切,固体力学和物理杂志,96,445-459(2016)·Zbl 1482.74071号
[71] Terzaghi,K.(1923年)。Erdbaumechanik auf bodenphysicalischer Grundlage公司。F.德乌蒂克·JFM 51.0655.07号
[72] Terzano,M。;Spagnoli,A。;迪尼,D。;Forte,A.E.,脑组织和生物模拟凝胶的速率依赖性失效中的流体-固体相互作用,《生物医学材料力学行为杂志》,119,第104530页,(2021)
[73] 特伦塔杜,F。;De Tommasi,D。;Puglisi,G.,共聚物缝合线损伤和永久变形的基于微观力学的预测模型,生物医学材料力学行为杂志,115,第104277页,(2021)
[74] 王,S.-。十、。;赵,H.-。B。;拉奥,W.-。H。;黄,S.-。C。;Wang,T。;Liao,W.,《具有优异隔热和机械性能的固有阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料》,《聚合物》,153,616-625(2018)
[75] 熊,B。;损失,R.D。;屏蔽,D。;Pawlik,T。;Hochreiter,R。;Zydney,A.L.,《聚丙烯酰胺降解及其在环境系统中的影响》,npj《清洁水》,1,1,17(2018)
[76] 薛,S.-。法律。;李,B。;X.-.冯。问:。;Gao,H.,酶降解肿瘤细胞外基质的非平衡热力学模型,固体力学与物理杂志,104,32-56(2017)
[77] 薛,S.-。法律。;尹,S.-。F。;李,B。;X.-.冯。Q.,生长中肿瘤血管塌陷的生物化学力学模型,固体力学与物理杂志,121463-479(2018)
[78] 薛,Z。;孙,Z。;曹毅。;陈,Y。;Tao,L。;Li,K.,具有多孔结构的超亲油性和超疏水性生物降解材料,用于吸油和油水分离[10.1039/C3RA41902A],RSC进展,3,45,23432-23437(2013)
[79] 张,F。;King,M.W.,《生物降解聚合物作为组织工程支架设计的关键参与者》,《先进医疗材料》,第9、13页,第1901358条,pp.(2020)
[80] Zhang,Y。;刘,X。;曾,L。;张杰。;左,J。;Zou,J.,骨和软骨组织工程用聚合物纤维支架,高级功能材料,29,36,第1903279页,(2019)
[81] 赵,F。;Wang,F。;金·M·W。;Wang,L.,编织复合生物可吸收心血管支架体外降解过程中动态和静态载荷的影响,材料快报,250,12-15(2019)
[82] 郑,P。;Zhang,K.,关于有效应力定律及其在多孔弹性固体有限变形问题中的应用,国际机械科学杂志,105074,161-162(2019)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。