Rešeršní studie metamateriálových struktur pro aplikace v implantologii

Abstract

Bakalárska práca sa zaoberá vplyvom zmeny geometrických parametrov na deformačne-napäťové stavy a elastické charakteristiky auxetických meta-materiálov. V rešeršnej časti práce sú zhrnuté základné vlastnosti materiálov, metódy ich určovania, špecifiká v odozve auxetických meta-materiálov na vonkajšie zaťaženie, výskyt a jednotlivé typy auxetických štruktúr. Ďalšia časť práce je venovaná potenciálnemu využitiu auxetických meta-biomateriálov v implantológii. Vo výpočtovej časti práce bol vytvorený parametrický výpočtový model konkrétnej auxetickej meta-materiálovej štruktúry, na ktorom bola následne uskutočnená deformačne-napäťová analýza a posúdený vplyv zmeny geometrických parametrov na mechanické vlastnosti materiálu, napätie a deformáciu. Na základe výsledkov boli vytvorené dve štruktúry s kombináciami parametrov zvolenými tak, aby boli eliminované nežiadúce efekty pri zachovaní požadovaných vlastností. Na týchto dvoch štruktúrach bola vykonaná podrobná deformačne-napäťová analýza a výsledky boli porovnané s referenčnou štruktúrou. Výpočtové modelovanie prebiehalo pomocou metódy konečných prvkov v programe ANSYS Workbench 2023 R2.This bachelor thesis deals with the influence of geometrical parameters variation on the stress-strain states and elastic characteristics of auxetic meta-materials. The research part of the thesis summarizes the basic properties of materials, methods of their determination, specifics in the response of auxetic meta-materials to external loads, occurrence and different types of auxetic structures. The next part of the thesis is devoted to the potential use of auxetic meta-biomaterials in implantology. In the computational part of the thesis, a parametric computational model of a particular auxetic meta-material structure was developed, on which a stress-strain analysis was subsequently performed and the influence of changing geometrical parameters on the material mechanical properties, stress and strain was assessed. Based on the results, two structures were created with parameter combinations chosen to eliminate undesirable effects while maintaining the desired properties. A detailed stress-strain analysis was performed on these two structures and the results were compared with a reference structure. Computational modelling was carried out using the finite element method in ANSYS Workbench 2023 R2.