Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Кучеренко Д. В. Задача о введении жидкости в пористый сферический композит с учётом анизотропии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2025. Т. 25, вып. 2. С. 203-213. DOI: 10.18500/1816-9791-2025-25-2-203-213, EDN: FADHUK

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.05.2025
Полный текст:
(downloads: 31)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
539.3
EDN: 
FADHUK

Задача о введении жидкости в пористый сферический композит с учётом анизотропии

Авторы: 
Кучеренко Денис Валерьевич, Санкт-Петербургский государственный университет
Аннотация: 

Пористые сферические композиты широко встречаются как в природных объектах, так и в технических приложениях. Для описания механического поведения таких структур необходимо учитывать взаимодействие твёрдой и жидкой фаз, поскольку жидкость внутри пористого тела воспринимает и перераспределяет часть внешней нагрузки. В данной работе предложена модель сферического композита, включающего пористое ядро и упругую трансверсально-изотропную оболочку. Предложенная модель применяется для анализа напряжений и деформаций в различных режимах нагружения, включая воздействие внешнего нормального давления и введение дополнительного объёма жидкости, например, при моделировании интравитреальных инъекций в биомедицинских исследованиях. Проведённый анализ показал, что при моделировании интравитреальных инъекций и описании глазного яблока как пороупругого композита падение внутриглазного давления при увеличении степени анизотропии оказывается менее значительным, чем в случае модели с упругой оболочкой, находящейся под воздействием только внутреннего давления. Увеличение степени анизотропии оказывается более существенным для снижения давления в пористом ядре в режиме приложения внешнего нормального давления, чем при введении дополнительного объёма жидкости. В работе также исследовано влияние геометрии и механических свойств порового ядра на изменение толщины оболочки. Полученные результаты обеспечивают комплексное понимание распределения напряжений и давления жидкости, что позволяет учитывать влияние анизотропии оболочки, пористости ядра и их механических характеристик на поведение сферических композитов.

Список источников: 
  1. Бауэр С. М., Замураев Л. А., Котляр К. Е. Модель трансверсально-изотропного сферического слоя для расчета изменения внутриглазного давления при интрасклеральных инъекциях // Российский журнал биомеханики. 2006. Т. 10, № 2. С. 43–49. EDN: JWTIDD
  2. Powers J. J., Wirth B. D. A review of TRISO fuel performance models // Journal of Nuclear Materials. 2010. Vol. 405, iss. 1. P. 74–82. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2010.07.030
  3. Pasquini L., Molinari A., Fantazzini P., Dauphen Ya., Cuif J.-P., Levy O., Dubinsky Z., Caroselli E., Prada F., Goffredo S., Di Giosia M., Reggi M., Falini G. Isotropic microscale mechanical properties of coral skeletons // Journal of the Royal Society Interface. 2015. Vol. 12, iss. 106. Art. 20150168. https://doi.org/10.1098/rsif.2015.0168
  4. Wu Y.-C., Lee T.-M., Chiu K.-H., Shaw S.-Y., Yang C.-Y. A comparative study of the physical and mechanical properties of three natural corals based on the criteria for bone–tissue engineering scaffolds // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2009. Vol. 20. P. 1273–1280. https://doi.org/10.1007/s10856-009-3695-3
  5. Du R., Eychmuller A. Metal-based aerogels and porous composites as efficient catalysts: Synthesis and catalytic performance // Catalysts. 2023. Vol. 13, iss. 11. Art. 1451. https://doi.org/10.3390/catal13111451
  6. Hashin Z., Monteiro P. J. M. An inverse method to determine the elastic properties of the interphase between the aggregate and the cement paste // Cement and Concrete Research. 2002. Vol. 32, iss. 8. P. 1291–1300. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)00792-5
  7. Cheng A. H.-D. Poroelasticity. Switzerland : Springer, 2016. 877 p. (Theory and Applications of Transport in Porous Media, vol. 27.). https://doi.org/10.1007/978-3-319-25202-5
  8. Маслов Л. Б. Конечно-элементные пороупругие модели в биомеханике. СПб. : Лань, 2013. 236 с.
  9. Coudrillier B., Tian J., Alexander S., Myers K. M., Quigley H. A., Nguyen T. D. Glaucoma-related changes in the mechanical properties and collagen micro-architecture of the human sclera // PloS One. 2015. Vol. 10, iss. 7. Art. e0131396. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0131396
  10. Meek K. M. The cornea and sclera // Collagen: Structure and Mechanics / ed. by P. Fratzl. Boston, MA : Springer US, 2008. P. 359–396. https://doi.org/10.1007/978-0-387-73906-9_13
  11. Bonfiglio A., Repetto R., Siggers J. H., Stocchino A. Investigation of the motion of a viscous fluid in the vitreous cavity induced by eye rotations and implications for drug delivery // Physics in Medicine & Biology. 2013. Vol. 58, iss. 6. Art. 1969. https://doi.org/10.1088/0031-9155/58/6/1969
  12. Ruffini A., Casalucci A., Cara C., Ethier C. R., Repetto R. Drug distribution after intravitreal injection: A mathematical model // Investigative Ophthalmology & Visual Science. 2024. Vol. 65, iss. 4. Art. 9. https://doi.org/10.1167/iovs.65.4.9
  13. Avery R. L., Pieramici D. J., Rabena M. D., Castellarin A. A., Nasir M. A., Giust M. J. Intravitreal bevacizumab (Avastin) for neovascular age-related macular degeneration // Ophthalmology. 2006. Vol. 113, iss. 3. P. 363–372. https://doi.org/10.1016/j.ophtha.2005.11.019
  14. Doshi R. R., Bakri S. J., Fung A. E. Intravitreal injection technique // Seminars in Ophthalmology. 2011. Vol. 26, iss. 3. P. 104–113. https://doi.org/10.3109/08820538.2010.541318
  15. Nagel E., Vilser W., Lanzl I. M. Retinal vessel reaction to short-term IOP elevation in ocular hypertensive and glaucoma patients // European Journal of Ophthalmology. 2001. Vol. 11, iss. 4. P. 338–344. https://doi.org/10.1177/112067210101100404
  16. Бауэр С. М., Венатовская Л. А., Воронкова Е. Б. Модели механики деформируемого тела в задачах офтальмологии // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2023. Т. 10, вып. 4. С. 686–712. https://doi.org/10.21638/spbu01.2023.407, EDN: UJNCGP
  17. Иомдина Е. Н., Полоз М. В. Биомеханическая модель глазного яблока человека: описание и верификация // Математическая биология и биоинформатика. 2014. Т. 9, № 1. С. 286–295. https://doi.org/10.17537/2014.9.286, EDN: SIHWUT
  18. Бауэр С. М., Венатовская Л. А., Воронкова Е. Б., Смирнов А. Л. Задача об осесимметричной деформации ортотропного сферического слоя в трехмерной постановке // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2016. Т. 3, вып. 3. С. 449–456. https://doi.org/10.21638/11701/spbu01.2016.313, EDN: WLSQNJ
  19. Bauer S. M., Voronkova E. B. Nonclassical shell theories in ocular biomechanics // Advanced Structured Materials. 2015. Vol. 45. P. 81–97. https://doi.org/10.1007/978-3-319-02535-3_4, EDN: UEMWQF
  20. Bekerman I., Gottlieb P., Vaiman M. Variations in eyeball diameters of the healthy adults // Journal of Ophthalmology. 2014. Vol. 2014. Art. 503645. https://doi.org/10.1155/2014/503645
  21. Boote C., Sigal I. A., Grytz R., Hua Y., Nguyen T. D., Girard M. J. A. Scleral structure and biomechanics // Progress in Retinal and Eye Research. 2020. Vol. 74. Art. 100773. https://doi.org/10.1016/j.preteyeres.2019.100773
  22. Иомдина Е. Н. Механические свойства тканей глаза человека // Биомеханика: достижения и перспективы / под ред. А. К. Цатуряна, А. А. Штейна. Москва : Изд-во Московского ун-та, 2006. С. 183–200. (Современные проблемы биомеханики. Вып. 11).
  23. Иомдина Е. Н., Бауэр С. М., Котляр К. Е. Биомеханика глаза: теоретические аспекты и клинические приложения. Москва : Реал Тайм, 2015. 208 с.
  24. Zhang Y., Li Z., Liu L., Han X., Zhao X., Mu G. Comparison of riboflavin/ultraviolet-A cross-linking in porcine, rabbit, and human sclera // BioMed Research International. 2014. Vol. 2014. Art. 194204. https://doi.org/10.1155/2014/194204
  25. Swindle K. E., Hamilton P. D., Ravi N. In situ formation of hydrogels as vitreous substitutes: viscoelastic comparison to porcine vitreous // Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2008. Vol. 87A, iss. 3. P. 656–665. https://doi.org/10.1002/jbm.a.31769
Поступила в редакцию: 
18.12.2024
Принята к публикации: 
11.01.2025
Опубликована: 
30.05.2025