Mtoda Elementów Dyskretnych
W ostatnich latach modele cząsteczkowe stały się obiektem zainteresowania naukowców z dziedziny agro-inżynierii oraz przetwórstwa rolno-spożywczego. Metody cząsteczkowe, pierwotnie opracowane do rozwiązywania problemów z dziedziny geomechaniki oraz symulacji ośrodków granularnych, znalazły powszechne zastosowanie w modelowaniu materiałów sypkich oraz cienkich błon, symulacjach procesów przetwórstwa żywności oraz w bio-medycynie. W efekcie prac zespołu badawczego Zakładu Mikrostruktury i Mechaniki Biomateriałów udało się opracować a następnie zaimplementować metodę hybrydową, która łączy metodykę Mass-Spring Systems z założeniami metody elementów dyskretnych (DEM). Metoda elementów dyskretnych jest ogólnym określeniem rodziny metod numerycznych stosowanych do obliczania trajektorii ruchu oraz interakcji układów składających się z dużej liczby cząsteczek/ciał dyskretnych. Siły oddziaływań pomiędzy elementami dyskretnymi wyliczane są na podstawie danych wejściowych, w oparciu o przyjęte modele materiałowe oraz modele kontaktu. DEM stosowany jest w symulacjach zjawiska przepływu w ośrodkach granualrnych oraz mechaniki ciał sztywnych. MSS charakteryzuje się ustaloną z góry topologią połączeń pomiędzy sąsiednimi cząsteczkami, umożliwiającą w przybliżony sposób symulację właściwości mechanicznych ośrodków ciągłych. Takie podejście jest często używany do symulacji ciał odkształcanych ze względu na swoją prostą koncepcję oraz relatywnie niskie zapotrzebowania na moc obliczeniową. Model numeryczny został opracowany do przeprowadzenia w pełni trójwymiarowych symulacji zachowania roślinnej tkanki miękiszowej w warunkach zewnętrznego obciążenia. W hybrydowym modelu MSS-DEM trójwymiarowa struktura tkanki aproksymowana jest przez kolekcję cząstek, które pokrywają powierzchnie ścian komórkowych i oddziałują ze sobą poprzez dynamiczną siatkę połączeń. Opracowane modele numeryczne opisują wielofazowy strukturę tkanki w skali mikroskopowej.
