Research on Biomedical Engineering
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Modelos constitutivos para o pulmão: caso unidimensional

Constitutive models for the lung: one dimensional case

Savi, M.A.; Pacheco, P.M.C.L.

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Resumo

A simulação de fenômenos vitais pode contribuir tanto no sentido de definir as condições mais adequadas aos seres vivos quanto no sentido de determinar o tratamento de afecções. Essas simulações exigem a elaboração de modelos capazes de descrever o comportamento dos sistemas bioló gicos e o processo de elaboração desses modelos envolve estudos experimentais e analíticos. A simulação da mecâni ca do sistema respiratório pode contribuir para avaliar detalhes de sua fisiologia. O pulmão é um órgão funda mental nesse processo e, usualmente, a descrição de seu comportamento mecânico é feita através de modelos que descrevem o comportamento mecânico do tecido biológico associados a modelos que descrevem o efeito da tensão superficial nas paredes alveolares. Este trabalho apresenta uma revisão sobre os modelos constitutivos para o tecido biológico e sugere modelos viscoelásticos para descrever a resposta do pulmão de uma forma geral. Consideram-se os modelos elásticos não-lineares, polinomial e exponencial, utilizados para descrever o comportamento elástico do tecido biológico. Propõem-se alguns modelos viscoelásticos em um contexto unidimensional. Simulações numéricas apresentam respostas qualitativamente coerentes.

Palavras-chave

Biomecânica, Equações constitutivas, Mecânica do pulmão.

Abstract

The simulation of vital phenomena may contribute either to define the best conditions for living beings or to determine pathological treatments. These simulations need models, which are capable to describe the behavior of biological systems. The elaboration of these models needs experimental and analytical studies. The simulation of the respiratory system may contribute to evaluate some physiologic details of this system. The lung is the fundamental organ of this process. Usually, constitutive models used to describe the mechanical behavior of the lung is a combination of models to describe the biological tissue behavior associated with models to describe the surface tension stress effect in the alveolar walls. This work presents an overview of constitutive models for soft tissues and suggests viscoelastic models to describe the complete response of the lung. Polynomial and exponential models are considered to describe the elastic behavior of biological tissues. Some viscoelastic models are presented and discussed. One-dimensional results illustrate with qualitative coherence the stress-strain curves prescribed by these models.

Keywords

Biomechanics, Constitutive equations, Mechanics of lungs.
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