Temperature dependent examination of brake cylinder membrane (Part II)\\FE Modelling of cord-reinforced rubber membrane behaviour

The present paper shows two special compression tests and finite element simulations created for the examination of a rubber-cord composite membrane structure used in railway brake systems. The membrane transforms the air pressure growth to unidirectional movement within a wide temperature range. After the material characterization detailed in \cite 1, the authors studied the whole composite membrane structure using specimen level compression tests. Having repeated the measurements at different temperatures it can be concluded that the whole membrane produces the same hardening by decreasing temperature as the reinforcement layer in the membrane. The measurements were also analysed using commercial FE software

Temperature dependent examination of brake cylinder membrane (Part I) FE Modelling of the tension examination of cord-reinforced specimens

The present paper shows the standard uniaxial tensile testing, material law identification and finite element simulation of a rubber-cord composite membrane structure used in railway brake systems. The membrane transforms air pressure growth to unidirectional movement within a wide temperature range. A complete procedure will be detailed for the mechanical characterization of the highly complicated sandwich compound built on simple tensile tests. The authors analyze mechanical procedures during deformation using MSC. Marc commercial finite element software. The paper points out the importance of temperature and orientation on an orthotropic structure and highlights the necessity of a reliable material law especially for rubber-cord composites

Simplified modeling for needle roller bearings to analyze engineering structures by FEM

The rolling bearings are frequently applied elements of the mechanical structures. During finite element modeling of rolling bearing supported structures to define the adequate accuracy of bearing rigidity behavior enlarge immensely the FE model size and the related calculation time. So it is an understandable effort to use simplified substituting model for rolling bearing which carries the bearing rigidity character and does not make an unnecessary complicated structural model. In this paper the authors present a substituting technique for needle roller bearing

Finite element analysis of long-time aging and sudden accidental degeneration of lumbar spine segments in compression

3D finite element analysis of long term aging and sudden accidental degeneration processes is presented for physiologic compression load. A systematic modeling and simulation is applied for analyzing the separated and mutual effect of certain material moduli of the components of lumbar motion segments on the mechanical behaviour and stability of the segment during the long time and sudden degeneration processes. It was concluded that due to their smallest stiffness the younger segments with light degeneration are the most vulnerable during both the long-time age-related and the sudden overload-related degeneration.   DOI: 10.17489/biohun/2013/1/2

Finite element analysis of weightbath hydrotraction treatment in the case of osteoporosis

3D finite element analysis of the first elastic period of the weightbath hydrotraction treatment is presented to analyze the effect of osteoporosis during the traction procedure. A systematic parameter analysis of the material moduli of the aging spinal motion segment with osteoporotic bone was investigated. It was concluded that the osteoporosis in itself can not be a contraindicating factor of  weightbath hydrotraction treatment. However, if applying extra weigts, beside the quality of bone and the grade of osteoporosis, the age of patients, their body structure and body weight must be carefully considered as well.  DOI: 10.17489/biohun/2013/1/2

Finite element parameter-analysis of age-related degenerations of components of lumbar spine segments in compression

3D finite element parameter analysis of the degeneration-sensitivity of the material properties of the components of lumbar spinal motion segments is presented for physiologic compression load. The aim was to determine that material behaviour which dominantly determines the mechanical behaviour of the aging spine. Systematic numerical simulation was executed by using a finite element model validated by experimental results for both tension and compression. It was concluded that to keep the hydrostatic compression state of nucleus is the most important factor to maintain the stability of lumbar segments in the first period of aging process.  DOI: 10.17489/biohun/2013/1/2

A súlyfürdőkezelés hatásának végeselemes szimulációja a kezdeti rugalmas szakaszban

Weightbath hydrotraction treatment is one of the most important discoveries in the Hungarian rheumatology. Due to the treatment muscles relax, the spine stretches, the disc contracts, the pain mitigates, operation may be avoided. The weightbath treatment has been applied in Hungary successfully for more than a half century, however, it is unknown elsewhere because of the lack of experimental clinical and biomechanical analysis and proof of its effi ciency. Recently, Hungarian researchers have investigated the biomechanical and experimental analysis of its stretching and clinical evidences; in this paper the numerical simulation of the treatment is presented. 3D finite element models of human lumbar functional spinal units were used for numerical analysis of weightbath hydrotraction therapy applied for treating degenerative diseases of the lumbar spine. Five grades of age-related degeneration were modeled by material properties. Tensile material parameters of discs were obtained by parameter identifi cation based on in vivo measured elongations of lumbar segments during the regular weightbath treatment. Compressive material constants were obtained from the literature. It has been proved numerically that young adults of 40–45 years have the most deformable and vulnerable discs, while the stability of segments increases with further aging. The reasons were found by analyzing the separated contrasting effects of decreasing incompressibility and increasing hardening of nucleus, yielding non-monotonousfunctions of stresses and deformations in terms of aging and degeneration. The weightbath treatment consists of indirect and direct traction phases. Discs show a bilinear material behaviourwith higher resistance in indirect and smaller in direct traction phase. Consequently, although the direct traction load is only 6% of the indirect one, direct traction deformations are 20–80% of the indirect ones, depending on the grade of degeneration. Moreover, the ratio of direct stress relaxation remains equally about 2–8% only. Consequently, direct traction controlled by extra lead weights infl uences mostly the deformations being responsible for the nerve release; while the stress relaxation is infl uenced mainly by the indirect traction load coming from the removal of the compressive body weight and muscle forces in the water. These initial elastic elongations of the lumbar spine are doubled during the further creep period of the treatment. The optimal efficiency of the treatment develops by the end of a 2-3 weeks long cure of daily treatments. The benefi cial clinical impacts of WHT are still evident even 3 months later.A súlyfürdő a magyar reumatológia egyik legnagyobb gyakorlati jelentőségű felfedezése. Eredményeként az izmok ellazulnak, a gerinc megnyúlik, a porckorongsérv visszahúzódik, a fájdalom enyhül, a műtét megelőzhető. Ez a konzervatív kezelési mód hazánkban több mint fél évszázada széles körben elterjedt, sikeresen alkalmazzák, azonban külföldön nem ismerik, mivel korábban nem állt rendelkezésre a beavatkozás széles körű biomechanikai elemzése. A közelmúltban a kezelés biomechanikai hátterének elemzése és a keletkező megnyúlások in vivo kísérleti meghatározása, valamint a kezelés hatékonyságának klinikai kísérleti bizonyítása megtörtént. A jelen tanulmányban a kezelés numerikus szimulációjának eredményeit ismertetjük. 3D végeselemes numerikus szimulációval vizsgáljuk a kezelési folyamat mechanikai körülményeit és hatékonyságát. A súlyfürdőkezelés egy tipikus viszkoelasztikus folyamat. A jelen tanulmányban ennek a kezdeti rugalmas szakaszát vizsgáljuk. A számításainkat a lumbális L3–S1 gerincszakasz egy tipikus szegmentumának a végeselemes modellje alapján végezzük, amelynek húzási anyagállandóit a súlyfürdőben végzett in vivo kísérletek alapján állapítottuk meg, nyomási anyagállandóita szakirodalomból vettük át. Számításaink alapján bebizonyítottuk, hogy a 40–45 év közötti korosztály lumbális szegmentumai a legsérülékenyebbek, a további idősödés során a szegmentális stabilitás erősödik. Megállapítottuk, hogy a súlyfürdőkezelés indirekt és direkt nyújtási szakaszból áll. A porckorong bilineárisan viselkedik: az indirekt szakaszban nagyobb a nyújtással szembeni ellenállása, mint a direkt szakaszban. Emiatt, annak ellenére, hogy a direkt nyújtóerő csak mintegy 6%-a az indirekt nyújtóerőnek, a direkt megnyúlások 20–80%-át teszik ki az indirekt megnyúlásoknak a szegmentum életkorától és degenerációs állapotától függően. Ugyanakkor a direkt szakaszban a porckorong feszültségi tehermentesülése csupán 2–8%-ot tesz ki. Következésképpen a többletsúlyokkal vezérelt direkt nyújtóerők elsősorban a porckorong megnyúlásaiért felelősek, előidézve az ideggyökök felszabadítását a kompressziós deformációk alól; ugyanakkor a felhajtóerő miatt lecsökkent testsúlyból és a függesztési testhelyzet miatt megszűnő izomerőkből eredő indirekt nyújtóerő a feszültségi tehermentesülésért felelős. A lumbális szegmentumok kezdeti rugalmas deformációi a súlyfürdőkezelés további viszkózus szakaszában a kúszási folyamat során mintegy megkettőződnek. A kezelés hatékonysága napi gyakoriságú többhetes kúra végére lesz optimális. Klinikai kísérletekkel azt bizonyították, hogy a súlyfürdő jótékony hatása három hónap elteltével is érzékelhető. DOI: 10.17489/biohun/2010/1/1

Rugalmasan megtámasztott, nyomóerővel terhelt konzol tökéletlenségérzékenysége

A rugalmasan megtámasztott és nyomóerõvel terhelt konzol kritikus pont körüli viselkedését nagyszámú dolgozat vizsgálta a katasztrófaelmélet felhasználásával [1–3]. Tanulmányunkban a véges hajlítómerevségû konzolt három egyforma hosszúságú merev elemre bontjuk fel, amelyek hajlító rugókkal kapcsolódnak egymáshoz. A konzol végét egy lineáris rugó merevíti. A felhasznált szerkezeti modell három szabadságfokú és tartalmazza a beépítés helyzetének, a terhelõ nyomóerõ excentricitásának és szöghibájának tökéletlenségeit. Ismertetjük az aktív és passzív változók szétválasztásának algoritmusát. A vizsgálatokhoz a teljes potenciális energiafüggvényt a kritikus pont környezetében hatodfokig fejtjük sorba, majd az együtthatók vizsgálatával eldöntjük a katasztrófa típusát. A dolgozatban egyensúlyi utakat vizsgálunk a kritikus pont környezetében és megadjuk a tökéletlenségérzékenységi görbéket