Infoplaner 1-2007 - Cadfem

CADFEM INFOPLANER 1/2007plastisches Materialverhalten (Niedertemperaturbereich, Bild 2links) vor. Ist der Wert größer als die Amplitudenspannung y*befindet sich das Material im pseudoelastischen Bereich (Hochtemperaturbereich,Bild 2 rechts).Für die iterative Bestimmung der aktuellen Spannungen undplastischen Dehnungen wird neben der Fließfunktion F dieSpannungsgleichung H aufgestellt.Mit assoziierter Plastizität ergibt sich diese Gleichung zuEs stehen nun sieben Gleichungen mit den sechs Spannungskomponentenund dem plastischen Multiplikator zur Verfügung,die mit einem Newton-Verfahren gelöst werden.Ein weiteres in dem Materialgesetz berücksichtigtes Phänomenist eine spannungsgesteuerte Gefügeumwandlung, diemit einem zweiten elastischen Bereich einhergeht. Erreichtwird dieser Bereich ab Überschreitung einer variierbaren plastischenDehngrenze, die i. d. R. bei ca. 8 % liegt.Mit dem Materialgesetz besteht die Möglichkeit, den Formgedächtnis-Effektmit der Eingabe von einem Parametersatz(Temperatur 1) für den pseudoplastischen Bereich und einenweiteren Parametersatz (Temperatur 2) für den pseudoelastischenBereich in ANSYS zu simulieren. Eine lineare Interpolationder temperaturabhängigen Parameter führt dann beimErhitzen zu einem weichen Übergang in den pseudoelastischenBereich, womit allmählich der thermische Memory-Effekt hervorgerufen wird.Das entwickelte FGL-Materialgesetz, stellt eine Erweiterungder bisher in Simulationssoftware standardmäßig vorhandenenFGL-Materialgesetze dar. Mit diesem Stoffgesetz werdennicht nur einzelne Effekte des komplexen Werkstoffverhaltensabgebildet, sondern alle bekannten thermomechanischenPhänomene abgedeckt. Des Weiteren lassen sich durch eineTemperaturabhängigkeit der thermische Memory-Effekt (Einwegeffekt)und der Zweiwegeffekt abbilden. Damit ist es fürunterschiedliche Problemstellungen universell anwendbar.Bild 4: Ergebnis der Implantationssimulation eines FG-CIs mit einer Windungin die Cochlea, Temperatur (Skala: 20 O C bis 37 O C)Medizintechnische Forschung an Cochlea-ImpantatenCochlea-Implantate (CI) sind Neuroimplantate für hörgeschädigteoder taube Menschen (vgl. Bild 3). Sie werden seit den80er Jahren erfolgreich eingesetzt, wenn die Gehörkette unterbrochenoder ausgefallen ist. Die verlorene Sinneswahrnehmungkann damit wieder (oder zum ersten Mal) geweckt werden.Eine bisher ungelöste Problematik ist die Verkantung eines herkömmlichenImplantats in der Cochlea (Gehörschnecke) währendder Insertion. Sie verhindert eine optimale tiefe Insertion.Ein Formgedächtnis-Cochlea-Implantat (FG-CI) könnte dieLösung des Problems sein. Das FG-CI muss dazu vor der Insertionpseudoplastisch verformt werden. Während der Insertionkommt es durch die Erwärmung auf Körpertemperatur zu derFormrückstellung des Implantats in die Ursprungsform. Umdieser Idee nachzugehen wurden Implantationssimulationenmit dem FGL-Materialgesetz durchgeführt. In Bild 4 ist dasErgebnis einer Implantationssimulation für ein CI mit einer Windungin die Cochlea aufgezeigt. Die dargestellte (Rück-) Verformunggeschieht dabei rein temperaturgesteuert.Zusammenfassung einer Diplomarbeit (2006) an der FHHannover (Prof. Dr. Wilhelm Rust), in Kooperation mit demZentrum für Biomedizintechnik der Leibniz Universität Hannover(Tilmann Fabian) und der CADFEM GmbH, Hannover(Dr.-Ing. Ansgar Polley).AutorDieter KardasInstitut für Baumechanik und numerische Mechanik(IBNM), Leibniz Universität Hannover(ehem. Student der Fachhochschule Hannover)Bild 3: Cochlea-Implantat. Links: Implantatbestandteile.Rechts: CI-Insertion in die Gehörschnecke (Cochlea)Ihr Ansprechpartner für Simulation in der BiomechanikChristoph Müller, CADFEM GmbH, GrafingTel. +49 (0)8092-7005-43E-Mail cmueller@cadfem.de39Anwendungen und Technologie