Výpočtové posouzení životnosti hadičky peristaltické pumpy
Loading...
Date
Authors
Janoušek, Petr
ORCID
Advisor
Referee
Mark
C
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Předložená diplomová práce se zabývá posouzením možností prodloužení životnosti hadičky v peristaltické pumpě určené pro medicínské použití při VA-ECMO a mimotělním oběhu. K analýze mechanického namáhání a identifikaci kritických oblastí byl využit výpočtový numerický model založený na metodě konečných prvků (MKP). Součástí práce je tvorba hyperelastického modelu materiálu a experimentální stanovení součinitele tření mezi kontaktními povrchy. Výsledný 2D strukturální model zahrnuje simulaci kontaktu a tření mezi hadičkou a okolními tělesy. Na jeho základě byla provedena analýza různých vlivů a konstrukčních odchylek. Experimentální testování na zkušební trati potvrdilo kritická místa pro vznik trhlin i směr jejich šíření, jak předpověděl numerický model. Na základě poznatků získaných z numerického modelu a experimentálního měření byly navrženy úpravy s cílem prodloužit únavovou životnost používané hadičky.
This master thesis investigates the potential for extending the fatigue life of tubing used in peristaltic pumps for medical applications, particularly in VA-ECMO and extracorporeal circulation systems. Finite Element Method (FEM) simulations were employed to evaluate mechanical stresses and identify critical locations prone to failure. The study includes the development of a hyperelastic model of tubing material and an experimental determination of the coefficient of friction between interacting surfaces. A two-dimensional structural model was developed, incorporating contact interactions and friction effects with adjacent components. Parametric analyses were carried out to evaluate the influence of various design deviations. Experimental fatigue testing on a custom-built test rig confirmed the critical rupture initiation sites and crack propagation directions predicted by the numerical model. Modifications aimed at extending the tubing’s fatigue life were proposed based on insights gained from the numerical simulations and experimental testing.
This master thesis investigates the potential for extending the fatigue life of tubing used in peristaltic pumps for medical applications, particularly in VA-ECMO and extracorporeal circulation systems. Finite Element Method (FEM) simulations were employed to evaluate mechanical stresses and identify critical locations prone to failure. The study includes the development of a hyperelastic model of tubing material and an experimental determination of the coefficient of friction between interacting surfaces. A two-dimensional structural model was developed, incorporating contact interactions and friction effects with adjacent components. Parametric analyses were carried out to evaluate the influence of various design deviations. Experimental fatigue testing on a custom-built test rig confirmed the critical rupture initiation sites and crack propagation directions predicted by the numerical model. Modifications aimed at extending the tubing’s fatigue life were proposed based on insights gained from the numerical simulations and experimental testing.
Description
Keywords
Peristaltické čerpadlo, výpočtové modelování, životnost hadičky, zkouška životnosti, metoda konečných prvků (MKP), extrakorporální membránová oxygenace (EKMO), mimotělní oběh, okluze, Roller pump, numerical modelling, tubing fatigue life, lifespan testing, finite element method (FEM), extracorporeal membrane oxygenation (ECMO), extracorporeal circulation, occlusion
Citation
JANOUŠEK, P. Výpočtové posouzení životnosti hadičky peristaltické pumpy [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Biomechanika
Comittee
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc. (člen)
prof. RNDr. Matej Daniel, Ph.D. (člen)
Ing. László Iván, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (místopředseda)
Date of acceptance
2025-06-09
Defence
Student ve vymezeném čase prezentoval svoji závěrečnou práci. Poté byly předneseny posudky a zodpovězeny dotazy oponenta. Následně byly pokládány další otázky vztahující se k diplomové práci:
Jakým způsobem by šlo zabránit přílišnému otevření úhlu stran prvku v kritické oblasti?
Jakou nejistotu mělo prezentované měření součinitele tření? Proč nebyl součinitel tření změřen pomocí tribometru?
Byl model materiálu stále platný pro vyšší tlaky? Byl pozorován fenomén tečení?
Bylo skutečně provedeno výpočtové posouzení životnosti? Co je ekvivalentní životnost a jak byla vyhodnocována?
Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako dobré.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení