(Biomedical Applications) ADINA (Biomedical Applications)

ADINA CONTENTS 1 Introduction 2 Module 3 FSI 4 Application

(Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis) Introduction ADINA (Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis) ADINA R&D, Inc. (USA) was founded in 1986 by Dr. K. J. Bathe (Author of “Finite Element Procedures) and associates. FEM (Finite Element Method) & FVM (Finite Volume Method) for the analysis of solids, structures, fluids and fluid flow with structural interactions coupling with Multiphysics. ADINA 8.8 was released in January 2012.

Introduction ADINA-AUI: ADINA User Interface program ADINA-Structure: Finite Element program for Solid and Structural analysis ADINA-CFD : CFD program for Incompressible and compressible flows ADINA-Thermal: Heat transfer analysis for solid and field problems ADINA-FSI: Fully coupled analysis of fluid flow with structural interaction ADINA-TMC: Thermo-mechanical coupled analysis ADINA-EM: electromagnetic analysis ADINA-M: ADINA Modeler for solid modeling CAD Interfaces: Import parasolid, NASTRAN, IGES

Introduction

ADINA - module Structure Introduction FSI Introduction Application - Linear/Nonlinear Stress Analysis in Statics and Dynamics (1 to 5milion equations) - Contact Analysis (Multi-Body, Self Contact) - Frequencies/Modes Analysis - Modal Superposition - Modal Stress - Modal Participation Factors - Linearized Buckling - Collapse Analysis - User-supplied material models, loads, elements, friction models

ADINA - module Structure Introduction FSI Introduction Application - CFD program for the analysis of compressible and incompressible flow with moving boundaries and automatic remeshing capabilities - Steady-state or transient analysis - Laminar or turbulent flow - Flows with or without heat transfer - Mass transfer - VOF (Volume of Fluid) - Electric-Static effects - Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation - User-supplied material models, boundary conditions

ADINA - module Thermal Introduction FSI Introduction Application - Heat transfer problem in solid and structures - Radiation between surfaces of arbitrary geometries - Element birth-death options - Capabilities for highly nonlinear material behavior - Electrostatic, seepage and piezoelectric analysis - Latent heat effects (e.g., freezing and melting conditions) - Coupling to ADINA - User-supplied material models Temperature field of turbine casing, convection boundary conditions Thermal analysis for SAW (Submerged Arc Welding), multipass butt weldment

ADINA - module TMC Introduction FSI Introduction Application - Fully coupled thermo-mechanical analysis - Piezoelectric analysis (with user-supplied subroutines) - Soil consolidation analysis A thermo-mechanical problem can include: - Internal heat generation due to plastic deformations of the material - Heat transfer between contacting bodies - Surface heat generation due to friction on the contacting surfaces Applications - Piezoelectric actuators - Disk Break system - Development of piezoelectric fiber composites (Reference: Paolo Gaudenzi, Kalaus-Jurgen Bathe, “Recent Applications of an Iterative Finite Element Procedure for the Analysis of Electroelastic Materials”, Fourth International Conference on Adaptive Structures, 1993) Temperature band plot

ADINA - module FSI Introduction Application - Fully coupled analysis of fluid flows with structural interactions including mass transfer, thermal, porous, electric static coupling (Multi-physics) - Entirely different meshes can be used for structure and fluid - Large deformation - Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation Applications - Automotive Systems (Shock Absorber, Fuel Rail, Hydro Mount etc.) - Biomedical Applications - Nuclear Power and Pipe Systems - Compressors, Pumps, Impeller, Turbine - Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS)

ADINA - FSI Fluid Structure Interaction FLUIDS Structure module FSI Introduction Application FLUIDS Structure Solving the flow field and extracting the pressure forces upon the structure Calculating the structure deformation due to external and internal forces Fluid Structure Interaction Automatic exchange Between the solvers Boundary conditions at fluid-structure interface ADINA-CFD ADINA-Structure Following results can be obtained; Structure: stress & deformation, reaction force, velocity, etc. Fluid: pressure, velocity and vorticity, etc.

Kinematic and dynamic conditions ADINA - FSI Structure model Lagrangian coordinate system Primary unknown: displacement Fluid model Arbitrary-Lagrangian-Eulerian coordinate system Solution variables: fluid variables (pressure, velocity, etc.), displacement module FSI Introduction Application Kinematic and dynamic conditions Kinematic condition Dynamic condition : No-slip condition Fluid forces : : Slip condition the virtual quantity of the solid displacement

ADINA - FSI inlet outlet Pipe (flexible) Fluid-Structure Interface module FSI Introduction Application inlet outlet V Pipe (flexible) Force Fluid-Structure Interface Rigid wall

ADINA-FSI를 이용한 혈액주머니 안의 비정상 혈액 유동에 대한 시뮬레이션 Application module FSI Introduction Application ADINA-FSI를 이용한 혈액주머니 안의 비정상 혈액 유동에 대한 시뮬레이션

허리 디스크의 진행성 골절 Application Introduction module FSI Application  디스크의 유한요소모델과 주변

Different components of load as a function of time (one cycle shown) Application 허리 디스크의 진행성 골절 module FSI Introduction Application   Different components of load as a function of time (one cycle shown)

Application Aortic Valve(대동맥 판막) module FSI Introduction Application

Application

모세관 내의 적혈구/백혈구 Application Introduction module FSI Application 모세관을 통과하는 작은 입자(적혈구, 백혈구)의 시뮬레이션

Application module FSI Introduction Application 혈관 혈액 유동

(Simulation of Blood Flow through an Aneurysm) Application 맥류에서의 혈액 유동 (Simulation of Blood Flow through an Aneurysm) module FSI Introduction Application module FSI Introduction 복부 대동맥을 시뮬레이션 한 동영상입니다. 맥류에서의 단면에 따른 속도 차이를 보여주고 있습니다. 정상적인 대동맥 보다 2배이상 직경이 확장된 경우의 정보를 받아 시뮬레이션 한 것이다. 맥류를 통과하는 혈액 흐름 시뮬레이션

유체-구조 연성 해석-심장수술 임상실험 Application Introduction module FSI Application 영상의학 분야의 급속한 발전과 multi-physics computational tool, 컴퓨터의 성능의 발전 등으로 환자 개개인의 시뮬레이션에 대한 신뢰성 높은 결과을 얻을 수 있게 되었다. 이러한 시뮬레이션을 통하여 다른 질병의 원인과 잠재적 치료에 도움이 될 것으로 기대가 된다. ADINA내의 FSI로 시뮬레이션을 구현 해 보실 수 있습니다. 최적화를 위한 심장 자기 공명 (CMR) 화상 진찰에 근거한 특정 환자의 뇌실 모형을 만들어 보았다.컴퓨터 접근을 이용하여 외과적 가설하에서 위험한 임상 실험을 대체할 수 하나의 방법이 될 수도 있다.(http://www.adina.com/newsgH81.shtml)

Application

Application 인공 폐 해석 module FSI Introduction Application

Application 뇌하수체 module FSI Introduction Application

Application module FSI Introduction Application

흉부 대동맥내에서 3D MR의 흐름 Application Introduction module FSI Application 인체에 있는 현지 관 해부학 그리고 기능의 지식은 심장 혈관 질병의 진단 그리고 처리를 위한 중대한 관심사의 이다. 가슴 대동맥에 있는 hemodynamics의 포괄적 분석은 최신식 급속한 prototyping 기술 및 컴퓨터 유체 역학 (CFD)를 가진 flow-sensitive 4D MRI의 통합에 근거하 선물된다. 급속한 prototyping는 큰 해부 적용을 가진 현실주의 관 모형으로 대조하 강화된 씨 혈관 조영법에 의해 측정되는 것과 같이 대동맥 geometries를 변형시키기 위하여 이용되었다. flow-sensitive 4D MRI의 환자 특정한 두근거리는 유입 상태 그리고 신청을 가진 교류 회로로 통합은 현지의 상세한 분석을 허용하고 세계적인 3D는 역동성 현실주의 관 기하학에 있는 흐른다. 결과는 현실주의 관 hemodynamics의 상세한 실험 가장을 위한 그런 환자 특정한 모델 시스템의 잠재력을 나타낸다.

대뇌 동맥류 Application Introduction module FSI Application 대뇌 동맥류는 동맥의 병리학 팽창시킴이고, Willis의 원형의 전방과 뒤 지구에서 일반적으로 찾아냈다. 대뇌 동맥류의 파열은 잠재적으로 가혹한 신경학상 합병증을 가진 지주막하 출혈을 일으키는 원인이 된다. Hemodynamics는 대뇌 동맥류의 진행성 그리고 파열에 있는 중요한 역할을 한다. 이 학문은 Willis의 원형의 전방과 뒤 순환 지구에서 있는 대뇌 동맥류를 두갈래로 가르기의 7개의 환자 특정한 모형에 있는 혈류량 역동성과 액체 구조 상호 작용을 기술한다. 모형은 3D 회전 혈관 조영법 이미지 데이터에서 얻어지고, 혈류량 역동성과 액체 구조 상호 작용은 유입의 생리적으로 대표적인 파형의 밑에 공부되었다. 동맥 벽은 탄력 있고, 등방성 균질 이고 추측되었다. 교류는 박판 모양, non-Newtonian와 압축할 수 없고 추측되었다.

Application 동맥 아테로마 파열 module FSI Introduction Application

수면 무호흡증 Application Introduction module FSI Application 폐쇄 수면 가사 증후군의 해석을 위한 인체 상부기도의 호흡 시뮬레이션

감 사 합 니 다 !