Regisztráció és bejelentkezés

Véletlen rúdhálózatok mechanikai viselkedése: a sejtváz modellezése

Szálas szerkezetű anyagok [1] gyakran előfordulnak mind az élő természetben (sejtvázak, porózus csontok szerkezete), mind pedig az építő- (szálerősítéses beton) és egyéb mérnöki gyakorlatban (szálerősítéses polimer kompozitok). E hálózatok mechanikai, illetve matematikai modellezése céljából gyakran alkalmaznak rugalmas rudakból álló véletlen hálózatot, ahol az egyes rúdelemeket keresztkötések kapcsolják egymáshoz. A kapcsolt rudak alakváltozásai a korábbi kutatási eredmények alapján a hálózat sűrűségének függvényében jellemzően vagy hajlított, vagy pedig normál jellegűek [2-4]. A keresztkötések jellegétől függően az egyes (kapcsolt) rúdelemek egymáshoz képest szabadon elfordulhatnak, sarokmereven csatlakozhatnak, illetve egyes modellek figyelembe veszik az összekötések elfordulás elleni merevségét is. Jelen TDK dolgozat elsődleges célkitűzése inhomogén (eltérő méretű és anyagi tulajdonságú) rudakból álló véletlen hálózat generálása és mechanikai vizsgálata, annak érdekében, hogy megértsük a polimerek komplex hálózatából álló sejtvázak mechanikai viselkedését. A sejtvázat lényegében három, különböző méretű és mechanikai szempontból eltérő tulajdonságú polimerszál építi fel: az aktinszálak, a mikrotubulusok és az intermedier filamentumok [5]. A kutatás során alkalmazott, numerikus számításokon alapuló programkód alapjául a Jan Wilhelm és Erwin Frey által 2003-ban publikált [4] modell szolgált, amely egy négyzet alaprajzzal határolt síkrészben elszórt véletlen pozíciójú és irányultságú, homogén rúdelemek hálózata, periodikusan ismétlődő határokkal.

A vizsgálatok során szerzett tapasztalatok hasznosak lehetnek az egyes száltípusok (komponensek) mechanikai teherviselésben betöltött szerepének és egymással való kölcsönhatásának megértésében, továbbá a mérnöki gyakorlatban alkalmazott szálerősítéses anyagok vizsgálatában egyaránt.

[1] M. Sheinman, C.P. Broedersz, F.C. MacKintosh: Nonlinear effective-medium theory of disordered spring networks. Physical Review E 85 (2012) 021801.

[2] M. Das, F.C. MacKintosh, A.J. Levine: Effective Medium Theory of Semiflexible Filamentous Networks. Physical Review Letters 99 (2007) 038101

[3] S. Roy, H.J. Qi: Micromechanical model for elasticity of the cell cytoskeleton. Physical Review E 77 (2009) 061916.

[4] J. Wilhelm, E. Frey: Elasticity of Stiff Polymer Networks. Physical Review Letters 91 (2003) 108103.

[5] D. Stamenovic, N. Wang: Stress transmission within the cell. Comprehensive Physiology 1 (2011) 499-524.

szerző

  • Tábi Dávid
    Szerkezet-építőmérnök mesterszak (MSc)
    mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

  • Dr. Károlyi György
    Egyetemi tanár, Nukleáris Technika Tanszék

helyezés

I. helyezett