Different Types of Constitutive Parameters Red Blood Cell Membrane Based on Machine Learning and FEM

超弹性材料 有限元法 本构方程 生物系统 非线性系统 材料科学 多项式的 计算机科学 应用数学 机械 数学 结构工程 数学分析 物理 工程类 化学 生物 量子力学 生物化学
作者
Xinyu Wei,Jianbing Sang,Chuan Tian,Lifang Sun,Baoyou Liu
出处
期刊:International Journal of Computational Methods [World Scientific]
卷期号:20 (03) 被引量:1
标识
DOI:10.1142/s0219876222500578
摘要

Research on mechanical response of single red blood cells (RBCs) to mechanical stimuli and the complex material properties of erythrocyte membranes is significant. This work proposes a novel procedure that combines nonlinear finite element method and two machine learning algorithms including Two-Way Deepnets and XGboost together with experiments to identify the hyper elastic material parameters of erythrocyte membranes. Finite element models were established to simulate the stretching process of erythrocyte optical tweezers with different constitutive material parameters from three constitutive models. And the results from the finite element analysis were carried out to generate the training sets for the neural networks. In order to validate the predictions in great detail, the finite element response curves based on the three groups of predicted constitutive parameters are compared with the experimental data. The comparison results show that the Two-Way Deepnets model has performed better efficiency and accuracy and that Reduced Polynomial can describe more precisely the hyperelastic properties of the erythrocyte membrane in the range of experimentally obtained characteristics of single RBCs. This research provides new insights into the identification of constitutive parameters of biological cell membranes, which is crucial for the future research on mechanical mechanisms of the biological cells.

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