Modellazione del comportamento meccanico del PLLA : sviluppo di un modello costitutivo visco-iperelastico con danneggiamento ed implementazione numerica ad elementi finiti

The aim of the work is to study the mechanical behavior of bioresorbable polimers and devices. A computational model was developed to simulate PLLA damaging caused during uniaxial tensile tests. After the material characterization, the model was used to replicate a ring test on a bioresorbable PLLA stent. From the experimental tests, it can be observed that the material behaves as a nonlinear way, showing a softening phenomenon (the strain decreases as the stress increases). This kind of behavior might be due to the damaging of the material at the molecular chains level: the links partially break causing the change of the mechanical behavior of the material. The polymer behavior depends on temperature and strain rate during the test; the costitutive visco-hyperelastic model takes account of these factors, in order to obtain a global descrition of the behavior of the material. The costitutive model of the material is implemented in a commercial software Abaqus using an external user subroutine written in Fortran language containing the equations that characterize the material behavior. Finite elements analysis are run with implict solver Abaqus (SIMULIA, Dassault Systems). After the development of the constitutive model of the material, we replicate a computational ring test on a polymeric bioresorbable stent in PLLA.

Il presente lavoro tratta polimeri e i dispositivi bioriassorbibili con l'obiettivo di studiarne il comportamento meccanico. Nello specifico si sviluppa un modello computazionale per simulare il danneggiamento del PLLA durante una prova di trazione uniassiale. Dopo aver caratterizzato il materiale, il modello viene applicato ad uno stent bioriassorbibile in PLLA in una prova ad anello. Nella prove sperimentali a trazione, questo materiale si comporta come un viscoelastico non lineare presentando un fenomeno di softening (diminuzione dello sforzo all’aumentare della deformazione). Per spiegare questo comportamento, si ipotizza un danneggiamento nel materiale a livello delle catene molecolari nelle quali avviene una rottura parziale di questi legami influenzando il comportamento meccanico. La risposta a trazione di questo polimero è influenzato dalla temperatura e dalla velocità di deformazione di prova e il modello costitutivo visco-iperelastico con danneggiamento tiene conto di questi due fattori per avere un descrizione globale della risposta del materiale. Il modello costitutivo del materiale è stato implementato nel codice commerciale Abaqus mediante una user subroutine esterna in linguaggio Fortran contenenti le equazioni che caratterizzano il comportamento del materiale. Le analisi ad elementi finiti sono condotte mediante un solutore implicito Abaqus (SIMULIA, Dassault Systems). Dopo aver definito il legame costitutivo del materiale, è stata eseguita una prova computazionale ad anello su una porzione di stent polimerico bioriassorbibile in PLLA.