Analiza ludzkeigo zęba - pomoc w obraniu toku rozw. problemu

[rozyk_l]

Cześć,

Na początek Witam wszystkich, to mój pierwszy post mimo, iż już od dłuższego czasu śledzę forum. Proszę Was o pomoc w paru rzeczach. Mam do wykonania analizę wyznaczającą naprężenia w ludzkim zębie. Oprogramowanie Abaqus 6.9.1. Po przestudiowaniu forum oraz części dokumentacji do Abaqusa ( choroba, to jest tysiące stron w sumie) mam trochę wątpliwości. Mam nadziejże, że mi pomożecie. Proszę też o wyrozumiałość i nie krępujcie się sugerować mi lepsze wyjścia, jeżeli to co przedstawiam nie jest najlepszą drogą do sukcesu.

Model będzie się składał z:
-szkliwa
-zębiny
-kości (rigid body) w której będzie utwierdzony ząb
prawdopodobnie tyle, być może dojdzie do tego jeszcze ozębna

Wszystko będzie zamodelowane w Catii v5 ze względu na brak dostępu do tomografów itp.

Statyka. I teraz tak. Jak rozwiązać problem kontaktu między poszczególnymi warstwami. Z góry powierzchnie będą się stykać na wejściu analizy. W dosyć podobnym poście ( http://www.cae.info.pl/Forum/index.php?topic=698.0) chruscik wspomniał, iż w tej wersji oprogramowania można zastosować General Contact w metodzie Implicit. To będzie najlepsze wyjście czy może master-slave contact?

Co do obciążenia. Wychodzi na to, że siły lepiej jest zastąpić przemieszczeniem. Dlatego zastanawiam się czy nie zamodelować dodatkowo jakiejść kulki jako rigid i przemiescić ją w kierunku korony zęba.

Elementy typu Tet? Przy takim kształcie jakim jest ząb chyba będzie ciężko zastosować Hex bez pomocy użytkownika?

Poszperam jeszcze w dokumentacji, może jest podobny problem przedstawiony.

Z góry dziękuję za wszelkie sugestie. Na pewno wraz z postępem rozwiązywania problemu będę miał więcej pytań.
Pozdrawiam

[chruscik]

bladego pojecia nie mam na temat wlasciwosci fizycznych moich zebow, wiem tylko ze jak sie psuja to boli .

A na powaznie, to czy mozesz nam podac jakies blizsze szczegoly na temat "polaczenia" poszczegolnych warstw zeba?

- prawdopodobnie sa one jakos polaczone, a nie po prostu sie z soba "stykaja". Jesli sa polaczone, to kontakt niekoniecznie jest dobrym rozwiazaniem. Jesli sa polaczone, czy wiesz jak silnie trzyma ten "klej" miedzy warstwami?

- jesli to sa rozne materialy, mozliwe ze rozszerzalnosc cieplna moze miec tu duze znaczenie (np. przy picu goracej kawy na mrozie moze cos peknac

- rigid body ogolnie to cos co jest duuuzo twardsze od reszty materialow w analizie. Czy szkliwo nie jest twardsze od kosci? Jesli jest, to nie wiem czy mozna kosc jako rigid body definiowac, przy rigid body nigdy nie odczytuje sie wynikow (conajmniej 3 -5 elementow odstepu) bo naprezenia sa cholernie duze i nieprawdziwe .

Przy uzywaniu przemieszczen zamiast sil model jest duzo stabilniejszy, dlatego jest to zalecane.Skoro znasz przemieszczenie, zawsze otrzymasz rozwiazanie statyczne. Jesli bys podal sile i nie byloby elementow, ktore potrafia "zamienic" te sile na skonczone przemieszczenie to nie znajdujesz rozwiazania, dlatego jak cos peka czy leci w kosmos to wynikiem jest blad i brak wyniku Poza tym w pomiarach inzynierskich o wiele latwiej zmierzyc tensometrem przemieszczenie niz "zmierzyc" sile ktora dziala dynamicznie.


Przy skomplikowanych geomertiach faktycznie dobrze uzywac tet, ale koniecznie 2-go rzedu. I tu pojawia sie problem z kontaktami, elementy ktore dobrze oddaja naprezenie na powierzchni kontaktu (C3D10M) sa "miekksze" od C3D10 i "zawyzaja" naprezenia w pozostalej czesci modelu. Mozna to obchodzic stosujac Penalty contact ale to juz jest zabawa

Na czym bedzie polegala Twoja analiza? Co chcesz otrzymac jako wynik?

[rozyk_l]

może zacznę od końca:

Na czym bedzie polegala Twoja analiza? Co chcesz otrzymac jako wynik?

Mam za zadanie wyznaczyć naprężenia w zębie (ściślej, w tkance twardej, miazga jest pomijana ze względu na swoje własności - nieporównywalnie mniejszy moduł E, do tego nei przenosi obciążeń).  W ramach pracy magisterskiej Ogólnie mam wolną rękę co do tego jaki to będzie ząb, jak przyłożę obciążenie, czy zgryzowe pod kątem, czy symulujące miażdżenie pokarmu - pionowo w dół.

- rigid body ogolnie to cos co jest duuuzo twardsze od reszty materialow w analizie. Czy szkliwo nie jest twardsze od kosci? Jesli jest, to nie wiem czy mozna kosc jako rigid body definiowac, przy rigid body nigdy nie odczytuje sie wynikow (conajmniej 3 -5 elementow odstepu) bo naprezenia sa cholernie duze i nieprawdziwe .

Jako że moim obiektem zainteresowania jest TYLKO ząb dlatego zasugerowałem kość jako rigid body. Z drugiej strony, na pewno kość i jej sztywność ma wpływ na naprężenia na granicy zębina-kość. Hmm muszę to jeszcze zbadać jak dokładnie w literaturze robią: czy kość jako rigid body czy part zdyskretyzowany, a może po prostu bez kości i odebranie wszystkich stopni swobody korzeniowi zęba która jest wyimaginowanie "zatopiona" w kości? Ogólnie wysnuwam wnioski, że dużo się uogólnia. Np. można pominąć modelowanie ozębnej, gdyż jak w pewnej habilitacji się doczytałem, zmniejsza ona TYLKO o ok. 9% maksymalne naprężenia zredukowane (hipoteza Hubera). Pytanie czy w pracy habilitacyjnej te 9% to jest TYLKO? Hmmm, no cóż, ja w magisterce tym bardziej napiszę 'tylko'

PS. Szkliwo jest najtwardszym elementem w ludzkim ciele. Materiały tratuje się, że są izotropowe.

- jesli to sa rozne materialy, mozliwe ze rozszerzalnosc cieplna moze miec tu duze znaczenie (np. przy picu goracej kawy na mrozie moze cos peknac

Nie nie, nie zagłębiajmy się aż tak:), Jak już wspomniałem, uogólniając, warunki optymalne dla analizy bez wpływu temp To by bardzo rozszerzyło zakres pracy, można by habilitacje pisać

A na powaznie, to czy mozesz nam podac jakies blizsze szczegoly na temat "polaczenia" poszczegolnych warstw zeba?

- prawdopodobnie sa one jakos polaczone, a nie po prostu sie z soba "stykaja". Jesli sa polaczone, to kontakt niekoniecznie jest dobrym rozwiazaniem. Jesli sa polaczone, czy wiesz jak silnie trzyma ten "klej" miedzy warstwami?

być może znów chodzi o uogólnienia. Nie spotkałem się, przynajmniej jak na razie z modelowaniem kontaktu z wpływem czy to tarcia, czy adhezji, jeżeli mowa o zdrowym zębie. Z drugiej strony, czy tak znaczący wpływ taki "klej" by miał przy ściskaniu zęba?

Jednak po prostu zamodeluje siłę, bo skąd wezmę przemieszczenie. Sorki za wtopę.

Co do typu elementu, i jego wpływu an kontakt to mnie trochę zmartwiłeś. Mam blade pojęcie jeszcze o tym i brzmi to dość poważnie :/

Jest trochę późno i mogłem się zamotać

[chruscik]

ja z kolei motam sie jak jest tak wczesnie jak teraz

a pierwsza analize zeba, skoro warstwy sie wzgledem siebie nie przesuwaja, zamodelowalbym po prostu jako solid z kilku materialow odpowiadajacych tym w zebie.
Sam kontakt w Abaqus wprowadza sie po to, by moc modelowac takie zjawisko, ze czasem cos sie styka i przenosi obciazenia, innym razem w ogole nie ma na siebie wplywu (czyli sie odsunelo od siebie i pomiedzy dwoma powierzchniami jest "powietrze"). Na "chlopski" rozum taka sytuacja u Ciebie nie bedzie miala miejsca - zebina (?) wszedzie przylega do szkliwa i nie "lata" sobie w srodku.

Tym bardziej ze moje szkliwo potrafilo przezyc nawet zderzenie z butelka od piwa , wiec zakladam ze zapewnia bardzo sztywna konstrukcje dla "wnetrza" zeba i to ono bedzie mialo glowny wplyw na reakcje zabka. Za to kosc zamodelowalbym podobnie, jako normalnie polaczona siatka z innego materialu i ewentualnie kontakt po bokach tam gdzie korzen juz wyrasta. Skoro zajmujemy sie korona zeba, to najmniej dla nas wazne jest jak to sie na dole trzyma, nigdy nie slyszalem zeby komus pekl korzen .

Zreszta i dla Ciebie bedzie lepiej, jesli zaczniesz od tak prostego modelu jak to tylko mozliwe. Kontakty zawsze mozna dodac, wydluzy Ci sie czas obliczenia kilkukrotnie i pojawia sie problemy ze stabilnoscia... lepiej promotorowi kilka kolorowych rysunkow przyniesc, zanim sie w to wpakujesz.
Choc na pewno sobie poradzisz, to nie jest tak ze nic nie dziala i nikt nie wie dlaczego .

[rozyk_l]

chruscik dzięki za odpowiedzi..

co masz na myśli 'jako solid z kilku materiałów odpowiadających w tym zębie'? Mówisz o całości modelu jako jednym parcie? Nie mam innej wizji jak każda warstwa jako oddzielny part o innych własnościach materiałowych. I jak się realizuję 'kontakt' jeżeli nie jako kontakt? Za pomocą constrains ? Szkliwo nie przylega wszędzie do zębiny, tylko w samej koronie, w części korzeniowej, jest już kontakt zębina-kość ( a ściślej, żębina-ozębna-kość ).

[chruscik]

no i tu mi brakuje podstawowych informacji na temat budowy zeba.

Ale tam, gdzie szkliwo SCISLE przylega do zebiny, nie modelowalbym kontaktu tylko elementy zarowno zebiny jak i szkliwa w tym miejscu bylyby bezposrednio polaczone wezel do wezla (oczywiscie po obu "stronach" linii polaczenia mialyby inny material, ale ta "linia laczaca" bylaby zbudowana ze wspolnych wezlow, czyli tak, jako 1 solid).

Tam gdzie scisle nie przylega, mozna wrzucic kontakt (Surface to surface, small sliding).

Co do modelowania - mysle ze stosunkowo latwo moglbys szkliwo zamodelowac za pomoca elementow HEX (czyli nie terra). Szczegolnie jesli ma stala grubosc (a ma? .

[rozyk_l]

załóżmy, że wszędzie do siebie ściśle przylega. czy takie coś jest możliwe do uzyskania przy takich kształtach za pomocą automatu meshującego aby na granicy były wspólne węzły? o ile w przypadku analizy 2d byłoby to do poprawienia o tyle w przypadku 3d wydaje mi sie to skomplikowane. O ile w ogóle ja dobrze rozumuje

Niestety szkliwo nie ma stałej grubości. Zwęża się w kierunku korzenia ostatecznie na nim kończąć.

[chruscik]

dobrze rozumujesz . A co do siatki... nie wiem, na co pozwoli Abaqus/CAE. W HyperMeshu zrobiłbym śliczną siatkę 2D dla wszystkich powierzchni i "wypełnił" ją elementami 3D. Nie powinno być takie trudne . Jako że ta powierzchnia 2D która stanowiłaby granicę między szkliwem a "wnętrzem" byłaby wspólna (i użyta po prostu 2 razy do wypełnienia 3d obu "stron"), to węzły elementów też by były wspólne, czyli masz połączone elementy. I żadnego kontaktu na początek.... potem, po pierwszych wynikach można model komplikować, ale zalecałbym to co mi powiedział mój opiekun jak pisałem swój dyplom:

"keep it as simple as possible!!"

Jak będziesz mial jakiś model geometryczny już gotowy to proszę podeślij go (najlepiej jako plik nie zdjęcie), to trochę bardziej zrozumiem jak ząb wygląda .

[rozyk_l]

a widzisz to nasunąłeś mi nowy pomysł na analizę. Hm, no cóż trzeba kombinować, klarownie mi przedstawiłeś jak to miałoby wyglądać z tą powierzchnią, tylko czy dam radę w abaqusie

Ps. W ostatnie wakacje już się zaczynałem uczyć HM jako, że miałem iść na praktyki do Faurecii, niestety zakwaterowania nie znalazłem to i nauka go poszła w las.

Jeszcze tylko szybkie pytanka co do takiego rozwiązania i już nie męczę

1. Model CAD będzie ze względu na swój dość skomplikowany kształt robiony narzędziami do powierzchniowego modelowania w Catii. Jakie by były wymogi co do Twojego sposobu. Całość jako klilka powierzchnii stanowiących: część zewnętrzna szkliwa, wewnętrzna szkliwa-zewnętrzna zębiny (wspólna powierzchnia o której mówiliśmy), wew. część zębiny no i kość. Wcześniej rozumiałem to wszystko jako oddzielny solid dlatego pytam.
2. Rozumiem, że możliwe jest wypełnienie elementami począwszy od powierzchni wspólnej 2D ( zdyskretyzowanej już ) aż po powierzchnie graniczące ( nie zdyskretyzowane). Right ?
3. Kojarzysz jakiś podobny przykład z dokumentacji Abaqusa i nie tylko? Chodzi mi o ten podział 2d siatki i wypełnianie elementami 'od siatki do powierzchni'.

Oczywiście jak będę miał już jakieś modele dam znać.

Przy okazji Wesołych Świąt

[chruscik]

wrzuc tu po prostu model to z checia sie mu przyjrze

[///RSth]

Ja też przyjrzałbym się modelowi i będę obserwował z chęcią ten wątek

[rozyk_l]

Witam ponownie! Odgrzewam swojego kotleta, ale terminy gonią to i trzeba kończyć pracę . Mam kilka wątpliwości.

Na początek przedstawiam mój model dla lepszego zobrazowania sytuacji:

http://img810.imageshack.us/i/38071766.jpg/
http://img808.imageshack.us/i/13423331.jpg/

Trochę danych:
Model wykonany w skali 1:1 w mm. Mam nadzieję że Abaqus nie przeskalował sobie niczego. E szkliwa 84.1 GPa, zębiny 18.6 GPa - a więć wklepuję do Abaqusa odpowiednio 84.1.e3 i 18.6.e3. Obciążam w N lub MPa więc wszystko poiwnno się zgadzać. Powierzchnei stykające się są z'tie'owane. Master surface to zębina. Jak dałem szkliwo ( bo tak mi się wydawało, że ten materiał o większej wytrzymałości ma być master) to inne warnings się pojawiały. Siatka zrobiona przez automat. Prowadzący od MES powiedział, że węzły na granicy szkliwo-zębina nie muszą sie pokrywać. Ma racje?
Warunki brzegowe przedstawia następujące zdjęcie:

http://img268.imageshack.us/i/screencaptureprofessionw.jpg/

1. W tym momencie Abaqus mi wszystko zlicza. Obciążyłem ciśnieniem = 66 MPa ~ około 500N. Mam zastosowane elementy liniowe typu tetra. Jednak dostałem sugestię, aby zastosować elementy TET QUAD. Jednak jak tylko zmienię na nie to mi wywala errors, że nody za blisko siebie nawet jak dam rzadką siatkę. Jak sobie z tym poradzić i na czym skorzystam przy typu QUAD?
Mam trochę warning'ów teraz:

Kod:

The ratio of the maximum incremental adjustment to the average characteristic length is 1.17647e-02 at node 2287 instance product1-2-1 on the surface pair (assembly__pickedsurf6,assembly__pickedsurf7).

For *tie pair (assembly__pickedsurf6-assembly__pickedsurf7), not all the nodes that have been adjusted were printed. Specify *preprint,model=yes for complete printout.

For *tie pair (assembly__pickedsurf6-assembly__pickedsurf7), adjusted nodes with very small adjustments were not printed. Specify *preprint,model=yes for complete printout.

Strain output request le is not valid for some elements in this analysis. This request is switched to the strain measure, e.

Strain output request le is not valid for some elements in this analysis. This request is switched to the strain measure, e.

30 elements are distorted. Either the interior angles are out of the suggested limits or the triangular or tetrahedral quality measure is bad. The elements have been identified in element set WarnElemDistorted.

Wyniki obrazowo:

http://img824.imageshack.us/i/screencaptureprofession.jpg/

2. Co do elements disorted. Czeka mnie remeshing? Jakiś automat czy manualnie  
3. Jeżeli zadam obciążenie punktowo straszne rzeczy wychodzą. Mianowicie nie ma już koncentracji naprężeń w spodziewanych miejscach natomiast obciążone nody szaleją i 'wgłębiają' się w strukturę.
4. Jak zadać obciążenie liniowo tzn w jednej linii?

[chruscik]

ad. 1 - prawda najprawdziwsza . Wezly nie musza sie pokrywac, przeciez gdyby sie pokrywaly to bys zrobil po prostu equivalence a nie bawil sie w jakies tie itp Przy uzyciu tie sa 2 rzeczy wazne:
- search distance - czyli w jakiej odleglosci wezly "slave" moga lezec od powierzchni "master" (odleglosc = rzut prostopadly na te powierzchnie) zeby zostac zwiazane na stale. Im wieksza tolerancja, tym wiecej wezlow uchwyci, co nie zawsze jest prawidlowe
- adjust = no / yes. Jesli wlaczysz adjust, to te wezly, ktore "wejda" w definicje tie, zostana geometrycznie przesuniete na powierzchnie master. Dzieki temu nie beda sie tworzyc momenty zginajace, ale elementy zmieniaja geometrie. Ten warning wlasnie o tym cie informuje... dales duuuzy promien poszukiwania wezlow i masz duze przemieszczenia wezlow gdzieniegdzie.

Jakosc siatki w Abaqus/CAE... no coz, chyba wszystkie systemy MES ze zintegrowanymi preprocesorami maja do niczego algorytmy... trzeba z tym zyc i recznie poprawiac, albo stosowac dobry mesher (HyperMesh, Ansa, etc.)


Elementy drugiego rzedu sa duzo mniej sztywne. Oznacza to, ze jesli masz "dobra" siatke (tzn. wystarczajaco duzo elementow) to nie zobaczysz roznicy. Jesli siatka jest "zla", to masz duza roznice w wynikach, co oznacza ze nie wiesz gdzie na krzywej sztywnosci tak naprawde lezysz, czyli twoje wyniki tak naprawde moga nie odzwierciedlac rzeczywistosci.
Zdaje sie ze keidys obiecalem rzucic okiem na ten model... ciekawe czy go jeszcze mam w poczcie, straszne zaleglosci mam na tym forum )

[rozyk_l]

Analiza wykonana, dyplom obroniony Ale...na tym nie koniec przygód  . W swojej analizie zastosowałem obciążenie naciskiem na odpowiedniej powierzchni. Natomiast teraz mam za zadanie przyłożyć siłę pod odpowiednim kątem do osi zęba. i tu moje pyatania:

1. Jak zdefiniować odpowiedni układ współrzędnych, gdzie oś z będzie umowną osią zęba? Póki co Abaqus definiuje sobie nie wiem skąd defaultowo jakiś układ, a ja przypominam, mam doczynienia z nietypową geometrią.
2. Jako przyłożyć siłę liniowo?

Pozdrawiam wyjadaczy MES

[tomekk]

Cześć,

Układy lokalne definiujesz albo będąc w dziale Part, albo Assembly. Narzędzia do tego dostępne są na tym pasku zaraz obok "miejsca do rysowania" albo w menu tools\datum, i tam odznaczasz CSYS i masz 3 opcje tworzenia lokalnych układów współrzędnych.

pozdr
Tomek