Details

Целью работы является построение конечно-элементной модели подкожножировой клетчатки и исследование ее механического поведения при индентировании с учетом вязкоупругих свойств материала. В работе выполнен анализ литературных данных по анатомии, гистологии и механическим свойствам ПЖК. Выбрана одночленная модель Огдена с рядом Прони и критерий максимальных главных деформаций. Проведены анализы сеточной и временной сходимости, определены оптимальные параметры дискретизации. Выполнена калибровка параметров модели Огдена по экспериментальным данным. Разработана расчётная схема индентирования с локальным сгущением сетки. Построены трёхслойная модель здоровой кожи и модель ожоговой ткани третьей степени. Проанализировано напряжённо-деформированное состояние однослойной модели ПЖК. Исследовано влияние горизонтальных колебаний индентора на усилие резания. Выполнен сравнительный анализ трёхслойной модели здоровой кожи и однослойной модели. Проведено моделирование ожоговой ткани третьей степени с градиентом механических свойств. Выполнена верификация модели путём сопоставления с натурными испытаниями свиного жира. Разработанные модели могут быть использованы для планирования операций по иссечению ожоговых струпов, в пластической хирургии, а также для оптимизации режимов работы инвазивных устройств.

The aim of this work is to develop a finite element model of subcutaneous adipose tissue and to investigate its mechanical behavior during indentation, taking into account the viscoelastic properties of the material. A literature review on the anatomy, histology and mechanical properties of SAT is performed. The one-term Ogden model with Prony series and the maximum principal strain criterion are selected. Mesh and time convergence studies are conducted, optimal discretization parameters are determined. The Ogden model parameters are calibrated using experimental data. An indentation computational scheme with local mesh refinement is developed. A three-layer healthy skin model and a third-degree burn tissue model are constructed. The stress-strain state of the single-layer SAT model is analyzed. The influence of horizontal indenter oscillations on the cutting force is investigated. A comparative analysis of the three-layer healthy skin model and the single-layer model is performed. Third-degree burn tissue modeling with a gradient of mechanical properties is carried out. Model validation is performed by comparison with experimental tests on porcine fat. The developed models can be used for surgical planning of burn eschar excision, in plastic surgery, as well as for optimizing the operational modes of invasive devices.