I. Mô hình vật liệu cho da người
Mô hình vật liệu cho da người được xây dựng dựa trên các đặc tính cơ học phức tạp của da, bao gồm tính bất đẳng hướng, sự không đồng nhất và tính nhớt. Việc lựa chọn mô hình vật liệu siêu đàn hồi là cần thiết để mô phỏng chính xác ứng xử cơ học của da. Mô hình Ogden đã được lựa chọn vì khả năng mô tả chính xác ứng xử của vật liệu trong trạng thái biến dạng lớn. Mô hình này cho phép xác định các thông số vật liệu quan trọng như mô đun đàn hồi và các hệ số liên quan đến tính chất cơ học của da. Theo nghiên cứu, da người có thể được xem như một tấm màng mỏng, có tính đẳng hướng và không nén được, giúp đơn giản hóa quá trình mô phỏng.
1.1 Lựa chọn mô hình vật liệu siêu đàn hồi
Mô hình vật liệu siêu đàn hồi là một loại mô hình lý tưởng cho vật liệu đàn hồi, trong đó mối quan hệ ứng suất – biến dạng được mô tả bằng hàm mật độ năng lượng. Các mô hình như Neo-Hookean và Mooney-Rivlin đã được phát triển trước đó, nhưng mô hình Ogden hiện nay cho kết quả chính xác hơn trong việc mô phỏng ứng xử của da người. Việc lựa chọn mô hình Ogden cho phép nghiên cứu và xác định các thông số vật liệu cần thiết cho mô phỏng, từ đó hỗ trợ cho các ứng dụng trong y sinh và cơ sinh học.
1.2 Giới thiệu mô hình vật liệu Ogden
Mô hình Ogden được áp dụng cho các vật liệu siêu đàn hồi như cao su, với hàm năng lượng biến dạng được biểu diễn qua các độ giãn chính. Mô hình này cho phép mô tả chính xác các ứng xử của vật liệu trong các điều kiện biến dạng lớn, với khả năng áp dụng linh hoạt cho nhiều loại vật liệu khác nhau. Nghiên cứu cho thấy rằng mô hình Ogden có thể cung cấp kết quả gần đúng với các số liệu thực nghiệm, điều này làm tăng độ tin cậy trong việc ứng dụng mô hình này cho da người.
II. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong luận văn này bao gồm việc sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng ứng xử cơ học của da người. Chương trình ANSYS được sử dụng để xây dựng mô hình và thực hiện các tính toán cần thiết. Các thông số vật liệu được xác định từ các nghiên cứu trước đó và được kiểm chứng thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Mô hình da người được giả định là vật liệu phi tuyến, với các đặc tính của vật liệu siêu đàn hồi, nhằm đảm bảo tính chính xác trong các mô phỏng.
2.1 Giới thiệu hệ thống Nắm bắt chuyển động
Hệ thống nắm bắt chuyển động được sử dụng để theo dõi và đo đạc chuyển vị của da người sống. Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu chính xác về ứng xử cơ học của da trong điều kiện thực tế, từ đó cung cấp thông tin cần thiết cho việc xây dựng mô hình phần tử hữu hạn. Việc sử dụng hệ thống này giúp tăng cường độ chính xác của các kết quả mô phỏng và hỗ trợ trong việc xác định các thông số vật liệu.
2.2 Mô hình phần tử hữu hạn cho da người
Mô hình phần tử hữu hạn cho da người được xây dựng dựa trên các thông tin và dữ liệu thực nghiệm từ các nghiên cứu trước. Các phần tử PLANE183 và SOLID186 được sử dụng để mô phỏng cho các trường hợp mô hình 2D và 3D tương ứng. Các điều kiện biên và tải trọng được xác định từ dữ liệu thực nghiệm, đảm bảo rằng mô hình mô phỏng phản ánh chính xác ứng xử của da trong thực tế. Kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với các số liệu thực nghiệm để kiểm chứng độ chính xác của mô hình.
III. Phân tích phần tử hữu hạn cho da người
Phân tích phần tử hữu hạn cho da người được thực hiện thông qua việc xây dựng mô hình và xác định các thông số vật liệu. Kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để đánh giá độ chính xác của mô hình. Các trường hợp nghiên cứu được thực hiện với các mô hình 2D và 3D khác nhau, nhằm kiểm tra khả năng ứng dụng của mô hình vật liệu Ogden trong việc mô phỏng ứng xử của da người.
3.1 Xác thực mô hình tính toán số
Xác thực mô hình tính toán số là bước quan trọng trong nghiên cứu, nhằm đảm bảo rằng mô hình phần tử hữu hạn phản ánh chính xác các đặc tính cơ học của da người. Các kết quả chuyển vị thu được từ mô hình FEA sẽ được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để xác định tính chính xác của mô hình. Việc xác thực này không chỉ giúp kiểm chứng thông số vật liệu mà còn cung cấp cơ sở cho các ứng dụng tiếp theo trong nghiên cứu.
3.2 Kết quả mô phỏng kiểm chứng thông số vật liệu
Kết quả mô phỏng sẽ được phân tích để kiểm chứng các thông số vật liệu đã xác định. Các trường hợp nghiên cứu sẽ được thực hiện để so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực nghiệm, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của mô hình vật liệu Ogden trong việc mô phỏng ứng xử của da người. Điều này sẽ giúp xác định tính phù hợp của các thông số vật liệu và hỗ trợ trong việc phát triển các ứng dụng y sinh liên quan.
IV. Ứng dụng mô hình vật liệu thu được trong mô phỏng ứng xử vết thương hở ở da người
Mô hình vật liệu thu được từ nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc mô phỏng ứng xử của da người khi có vết thương hở. Việc sử dụng mô hình Ogden cho phép mô phỏng chính xác các ứng xử cơ học của da trong điều kiện có vết thương, từ đó hỗ trợ cho việc phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả hơn. Các kết quả mô phỏng sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực y sinh.
4.1 Giới thiệu về vết thương hở ở da người
Vết thương hở ở da người là một vấn đề y tế phổ biến, có thể gây ra nhiều biến chứng nếu không được điều trị kịp thời. Việc hiểu rõ ứng xử cơ học của da trong điều kiện có vết thương là rất quan trọng để phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả. Mô hình vật liệu Ogden cho phép mô phỏng ứng xử của da khi có vết thương, từ đó cung cấp thông tin cần thiết cho việc điều trị.
4.2 Kết quả mô phỏng ứng xử vết thương hở khi điều trị bằng khung kéo da
Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng ứng dụng của mô hình vật liệu Ogden trong việc mô phỏng ứng xử của da người có vết thương hở khi điều trị bằng khung kéo. Các thông số vật liệu đã được xác định cho phép mô phỏng chính xác ứng xử của da trong các điều kiện khác nhau, từ đó hỗ trợ cho việc phát triển các phương pháp điều trị mới và hiệu quả hơn.
