Developing a Virtual Consumer: From Human Skin to FE Modelling
(2019) BMEM01 20191Department of Biomedical Engineering
- Abstract
- In the 'on-the-go' society of today, the use of single unit beverage packages has increased. Consequently, the interaction between the consumer and the package have also attracted greater interest when trying to gain advantages in a competitive market. One way of gaining such an advantage is by decreasing the developing costs of products: either by reducing time spent, or money invested in prototypes. Virtual testing provides a solution to both these scenarios and is something which Tetra Pak in particular, has become interested in. Using two different package opening devices in an initial trial for virtual testing, this work set out to evaluate the prospect of using simulations as a new tool in evaluating these frames and investigating... (More)
- In the 'on-the-go' society of today, the use of single unit beverage packages has increased. Consequently, the interaction between the consumer and the package have also attracted greater interest when trying to gain advantages in a competitive market. One way of gaining such an advantage is by decreasing the developing costs of products: either by reducing time spent, or money invested in prototypes. Virtual testing provides a solution to both these scenarios and is something which Tetra Pak in particular, has become interested in. Using two different package opening devices in an initial trial for virtual testing, this work set out to evaluate the prospect of using simulations as a new tool in evaluating these frames and investigating their interaction with a virtual human-like consumer.
To model this virtual consumer the mechanical properties of human soft tissue, skin ('dermis') in particular, have been investigated. Using hyperelastic material models a suitable material was formulated using inverse FE modelling and an experimental validation from existing literature. This material model was then used in dynamic 2D and 3D simulations using ABAQUS, where the interaction between package opening devices and the consumer was studied.
The result consists of two parts: Firstly, a configuration of a Neo-Hookean and a single term Ogden material, which replicates human facial tissue well enough to provide realistic deformation and stress within a [-0.4, 0.15] true strain range. Secondly, a methodology of how package opening devices may be evaluated and how to model a drinking motion to replicate a human drinking action.
Future prospects of this work could be to integrate it in the design process of a number of different opening devices. Enabling pre-production evaluation of designs, which could shorten the developing time needed and also reduce the waste material from failed designs. Moreover, it could also be used as a tool in improving the drinking experience of consumers if for instance strain measures are connected with pleasantness by performing consumer tests. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- --- Att skapa en virtuell konsument: från mänsklig hud till FE modellering ---
Interaktionen mellan konsument och produkt ur ett upplevelseperspektiv blir allt vanligare att simulera i den virtuella världen. För att nämna några exempel så simulerar IKEA liggkomfort medans bil- och flygplansindustrin simulerar sittkomfort. Det är ett spännande område av flera anledningar varav två är att dels så är området fortfarande i sin linda och dels så är det en oerhörd utmaning att på något sätt kunna koppla känslor och upplevelser med mätbara storheter.
I det här examensarbetet så tar vi fram en materialmodell lämplig att använda i virtuella simuleringar där munnen och dess närområde är inblandat. Vi utför även både 2D- och 3D-simuleringar där... (More) - --- Att skapa en virtuell konsument: från mänsklig hud till FE modellering ---
Interaktionen mellan konsument och produkt ur ett upplevelseperspektiv blir allt vanligare att simulera i den virtuella världen. För att nämna några exempel så simulerar IKEA liggkomfort medans bil- och flygplansindustrin simulerar sittkomfort. Det är ett spännande område av flera anledningar varav två är att dels så är området fortfarande i sin linda och dels så är det en oerhörd utmaning att på något sätt kunna koppla känslor och upplevelser med mätbara storheter.
I det här examensarbetet så tar vi fram en materialmodell lämplig att använda i virtuella simuleringar där munnen och dess närområde är inblandat. Vi utför även både 2D- och 3D-simuleringar där kontakten mellan två olika öppningsanordningar och munnen undersöks. Då detta arbetet är utfört som ett samarbete mellan Avdelningen för Biomedicinsk teknik och Tetra Pak är det dryckesförpackningar med tillhörande öppningsanordningar, producerade av Tetra Pak, som används.
Arbetsgången har bestått av en inledande informationsinhämtning kring mänsklig mjukvävnad och i synnerhet mänsklig hud varefter kalibrering av materialmodeller tagna ur litteraturen utförts. De kalibrerade materialen har validerats med hjälp av ett eget experiment med tillhörande simuleringar. Därefter har dryckesförfaranden filmats och rörelsemönstren införlivats i den virtuella modellen tillsammans med verklighetstrogna geometrier av huvuden. Slutligen har 2D- och 3D-simuleringar genomförts med de konstruerade modellerna för att utvärdera interaktionen mellan öppningsanordningarna och en ’Virtual Consumer’ under ett faktiskt dryckesförlopp.
Eftersom att detta är ett helt nytt område för Tetra Pak skulle en konsekvens kunna vara att ’Virtual Consumer’ blir ett vedertaget begrepp inom företaget och att de vidareutvecklar den framtagna modellen. Detta skulle i förlängningen kunna leda till nedkortade ledtider vid produktutveckling då ’Virtual Consumer’ skulle kunna ersätta panelundersökningar i vissa avseenden. I andra avseenden skulle ’Virtual Consumer’ kunna vara ett komplement till panelundersökningar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8974754
- author
- Hultgren, Viktor LU and Svanberg, Gustaf LU
- supervisor
- organization
- alternative title
- Att skapa en virtuell konsument: från mänsklig hud till FE-modellering
- course
- BMEM01 20191
- year
- 2019
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- FEM, Skin, Dermis, Motion Capture
- language
- English
- additional info
- 2019-04
- id
- 8974754
- date added to LUP
- 2019-04-30 09:05:00
- date last changed
- 2019-04-30 09:05:00
@misc{8974754,
abstract = {{In the 'on-the-go' society of today, the use of single unit beverage packages has increased. Consequently, the interaction between the consumer and the package have also attracted greater interest when trying to gain advantages in a competitive market. One way of gaining such an advantage is by decreasing the developing costs of products: either by reducing time spent, or money invested in prototypes. Virtual testing provides a solution to both these scenarios and is something which Tetra Pak in particular, has become interested in. Using two different package opening devices in an initial trial for virtual testing, this work set out to evaluate the prospect of using simulations as a new tool in evaluating these frames and investigating their interaction with a virtual human-like consumer.
To model this virtual consumer the mechanical properties of human soft tissue, skin ('dermis') in particular, have been investigated. Using hyperelastic material models a suitable material was formulated using inverse FE modelling and an experimental validation from existing literature. This material model was then used in dynamic 2D and 3D simulations using ABAQUS, where the interaction between package opening devices and the consumer was studied.
The result consists of two parts: Firstly, a configuration of a Neo-Hookean and a single term Ogden material, which replicates human facial tissue well enough to provide realistic deformation and stress within a [-0.4, 0.15] true strain range. Secondly, a methodology of how package opening devices may be evaluated and how to model a drinking motion to replicate a human drinking action.
Future prospects of this work could be to integrate it in the design process of a number of different opening devices. Enabling pre-production evaluation of designs, which could shorten the developing time needed and also reduce the waste material from failed designs. Moreover, it could also be used as a tool in improving the drinking experience of consumers if for instance strain measures are connected with pleasantness by performing consumer tests.}},
author = {{Hultgren, Viktor and Svanberg, Gustaf}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Developing a Virtual Consumer: From Human Skin to FE Modelling}},
year = {{2019}},
}