Konstitutivní vztahy materiálu pro BIO (FSI-RKB-A)

Akademický rok 2026/2027
Garant: prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Typ předmětu: oborový předmět
Cíle předmětu:
 
Výstupy studia a kompetence:
 
Prerekvizity:

U studentů se vyžaduje znalost základních pojmů pružnosti a pevnosti (tenzory napětí a deformace, Hookeův zákon pro víceosou napjatost), jakož i některé základní pojmy hydromechaniky (ideální, Newtonská, nenewtonská kapalina, viskozita) a termodynamiky (entropie, stavová rovnice plynů, termodynamická rovnováha). Dále jsou nezbytné základy MKP a základní znalost práce se systémem ANSYS. Proto není předmět vhodný pro studenty bakalářského stupně. 
Obsah předmětu (anotace):

U studentů se vyžaduje znalost základních pojmů pružnosti a pevnosti (tenzory napětí a deformace, Hookeův zákon pro víceosou napjatost), jakož i některé základní pojmy hydromechaniky (ideální, Newtonská, nenewtonská kapalina, viskozita) a termodynamiky (entropie, stavová rovnice plynů, termodynamická rovnováha). Dále jsou nezbytné základy MKP a základní znalost práce se systémem ANSYS. 
Metody vyučování:
 
Způsob a kritéria hodnocení:
 
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

  1. Vymezení a přehled konstitutivních modelů v mechanice, konstitutivní modely pro jednotlivá skupenství hmoty, definice tenzorů deformace.

  2. Tenzory napětí a přetvoření při konečných deformacích. Hyperelasticita, model neo-Hooke.

  3. Mechanické zkoušky elastomerů, polynomické hyperelastické modely, predikční schopnost.

  4. Modely Ogden, Arruda-Boyce – entropická elasticita.

  5. Inkrementální modul pružnosti. Modely pěnových elastomerů. Anizotropní hyperelasticita, pseudoinvarianty.

  6. Neelastické efekty elastomerů (Mullins), podmínky plasticity.

  7. Konstitutivní modely cévní stěny a krve

  8. Modely zahrnující uspořádání vláken, kontrakci svaloviny, poroelasticitu.

  9. Slitiny s tvarovou pamětí a jejich konstitutivní modely.

  10. Úvod do teorie lineární viskoelasticity.

  11. Modely lineární viskoelasticity - odezva na statické zatěžování.

  12. Modely lineární viskoelasticity - odezva na dynamické zatěžování. Komplexní modul pružnosti.

  13. Viskohyperelasticita – polární dekompozice, model Bergstrom-Boyce.
    Cvičení s počítačovou podporou


  1. Experiment – zkoušení elastomerů




2.-3. MKP simulace zkoušek elastomerů


4.-5. Identifikace konstitutivních modelů elastomerů


6.-7. Modely cévní stěny


8.-9. Modely anizotropního chování elastomerů a Mullinsova efektu


10. Určování parametrů modelů z experimentálních dat. 


11.-12. Simulace viskoelastického chování


13. Formulace semestrálního projektu, zápočet
Literatura - základní:
1. Lemaitre J., Chaboche J.-L.: Mechanics of Solid Materials. Cambridge University Press, 1994.
2. Holzapfel G.A.: Nonlinear Solid Mechanics. Wiley, 2001
3. Holzapfel G.A., Ogden R.W.: Biomechanics of soft tissue in cardiovascular system. Springer 2003.
4. Články v odborných časopisech
Literatura - doporučená:
1. Němec I. a kol. Nelineární mechanika. VUTIUM, Brno, 2018
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-IMB-P prezenční studium BIO Biomechanika -- zá,zk 6 Povinný 2 2 Z
N-ENG-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 6 Doporučený kurs 2 1 Z
C-AKR-P prezenční studium CZS Předměty zimního semestru -- zá,zk 6 Volitelný 1 1 Z