مدل‌سازی رفتار ناهمسانگرد بافت‌های نرم با روش بدون شبکه هیدرودینامیک هموار ذرات

مدل‌سازی رفتار مکانیکی بسیاری از بافت‌های نرم و برخی مواد مصنوعی ساخته‌شده توسط انسان نیازمند نمایش دقیق طبیعت پیچیده و ناهمسانگرد آن‌ها است. در این پژوهش، مدل هایپرالاستیک ناهمسانگرد هولتزاپفل-گاسر-اوگدن (hgo) با استفاده از روش بدون شبکه هیدرودینامیک هموار ذرات (sph) پیاده‌سازی شده است. برای غلبه بر چالش‌های ناشی از تراکم‌ناپذیری در این دسته از مواد و دشواری‌های عددی مرتبط، از روابط ترکیبی استفاده شده است. بر این اساس، مدل sph در چارچوب تمام لاگرانژی توسعه داده شده که در آن از قوانین بقای مرتبه اول برای مومنتوم خطی، تانسور گرادیان تغییر شکل، تانسور نگاشت سطح و نگاشت حجم بهره گرفته شده است. دقت این پیاده‌سازی با حل چندین مثال استاندارد در رفتار دینامیکی جامدات تحت تغییر شکل‌های بزرگ بررسی شده است. همچنین، نتایج مدل هایپرالاستیک با نتایج حاصل از نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس مقایسه شده است. علاوه بر این، رفتار پوست انسان به‌عنوان یک بافت نرم ناهمسانگرد تقویت‌شده با الیاف‌های کلاژن شبیه‌سازی و با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است. مقایسه‌ها نشان می‌دهد که مدل sph به‌طور موثری رفتار ناهمسانگرد بافت‌های نرم تحت تغییر شکل‌های بزرگ را شبیه‌سازی می‌کند. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که روش بدون شبکه sph می‌تواند به‌عنوان یک چارچوب برای مدل‌سازی رفتار بافت‌های نرم با تغییر شکل‌های پیچیده مورد استفاده قرار گیرد.

modeling anisotropic hyperelastic behavior of soft tissues using the smoothed particle hydrodynamics method

modeling the mechanical behavior of many soft tissues and certain man-made synthetic materials requires accurate representation of their complex and anisotropic nature. in this research, we implement the anisotropic hyperelastic holzapfel-gasser-ogden (hgo) model using the meshless smoothed particle hydrodynamics (sph) method. to overcome the challenges of incompressibility, inherent in this class of materials and the associated difficulties of the numerical solution, mixed formulations are employed. accordingly, the sph model is developed within a total lagrangian framework, utilizing first-order conservation laws for linear momentum, the deformation gradient tensor, surface mapping and volume mapping. the accuracy of the implementation is demonstrated by solving several well-known benchmarks in the dynamic behavior of solids undergoing large deformations. additionally, the results of the hyperelastic model are compared with those obtained from the finite element software abaqus. furthermore, the behavior of human skin as an anisotropic soft tissue reinforced with collagen fibers is simulated and compared with available experimental results. the comparisons show that the sph model effectively simulates the anisotropic behavior of soft tissues under large deformations. the findings of this research indicate that the meshless sph method can be utilized as a framework for modeling the behavior of soft tissues with complex deformations.