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Projekt
In-silico-Design von Implantaten auf der Basis eines Multiskalenansatzes
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Philipp Junker
Fachliche Zuordnung
Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
Mechanik
Mechanik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449916462
Die zweite Förderperiode konzentriert sich auf die Entwicklung eines numerischen Modells, das Ermüdung, Korrosion und Knochenwachstum bei der Beschreibung des mechanisch-chemischen Degradationsprozesses von bioresorbierbaren Magnesiumimplantaten berücksichtigt. Durch die Kombination der Diffusionsprozesse der Magnesiumresorption, der mechanischen Belastungen und der biologischen Anpassung des umgebenden Knochens erweitert das Multiphysik-Modell die derzeitigen numerischen Methoden. Zur Modellierung der Degradation werden eine erweiterte Diffusionsgleichung und eine Schadensvariable verwendet, die den Festigkeitsverlust des Materials infolge mechanischer Belastung und Korrosion in Abhängigkeit von den Belastungszyklen berücksichtigt. Durch die Substitution der herkömmlichen geometrischen Multiskalentechnik durch einen zeitlichen Ansatz wird der Modellierungsprozess optimiert. Dadurch werden die teuren Rechenzeiten verringert, und es sind nur wenige Rechenschritte erforderlich, um die zeitliche Entwicklung der Materialeigenschaften effektiv zu analysieren. Eine zusammenhängende Materialbeschreibung der Implantat-Knochen-Interaktion ermöglicht eine realistische Modellierung der mechanischen Interaktion während der Implantatresorption. Um eine effektive Auflösung des hochdimensionalen Systems partieller Differentialgleichungen zu gewährleisten, wird die Neighbor-Element-Methode (NEM) für die numerische Lösung verwendet. Die Validierung erfolgt anhand von Korrosions- und Ermüdungsdaten aus Experimenten.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
