Prove meccaniche

Prove meccaniche

I materiali biologici solidi presentano una grande varietà di comportamenti in relazione al modo con cui reagiscono agli sforzi da essi imposti.

In generale, possono assumere un comportamento:

• Elastico lineare: elastico = sul grafico - esiste una sola linea che percorro in entrambe le direzioni. OE.
• Elastico non lineare: Hardening, progressivo irrigidimento del materiale (1). Softening, progressivo rilasciamento del materiale (2).
• Elastoplastico (tipico dei materiali duttili): zona elastica, deformazione recuperabile (si comporta come un mat. elastico). Limite elastico. Zona plastica, deformazione permanente.
• Viscoelastico (è per forza di cose non lineare) (tipico dei materiali polimerici): non subisce nessuna deformazione permanente ma segue due curve diverse a seconda che sia caricato o scaricato.
• In una prova ciclica si osserva un'area di isteresi, si genera un’energia dissipata (calore legato al fatto che nel materiale ci sono dei micro scorrimenti e quindi dell’attrito).
• Si tratta di un'energia specifica: LE EE Pasore.
• Viscoelastoplastico.
• Viscoelastoplastico anisotropo (che in ogni direzione si comporta in maniera diversa). Complessità massima.

onon onon caricocarico IIIIlimitegnerocaricoscarico EEE EC. E. Lineare C. E. Non lineare C. Elastoplastico C. Viscoelastico

Rottura fragile e duttile

Area sottesa a grafico: materiale elastico lineare. Materiale Elastoplastico Jodei Rottura (Duttile con sup. scabra) q.

Resilienza = capacità a resistere senza riportare danni permanenti.

Tenacità = capacità a resistere anche riportando danni permanenti.

Resilienza = Tenacità M. Fragili 1E.

Resilienza < Tenacità M. Duttili.

Macchina per prove meccaniche statiche

Macchina per prove meccaniche (statiche):

• È una struttura molto rigida.
• È un sistema di movimento con due sensori: uno di forza, uno di posizione.
• Posso dunque fare due tipi di prove: in controllo di forza (imposto forza e misuro spostamento), in controllo di spostamento (imposto posizione e misuro forza) C.

Ogni materiale è in grado di sopportare sollecitazioni meccaniche solo entro certi limiti: quando tale limite viene raggiunto si ha la rottura del materiale.

La rottura può essere di tipi:

Rottura statica

Rottura statica: rottura in cui viene simulata una condizione quasi-statica (con un movimento talmente lento tale per cui le forze di inerzia possono essere trascurate).

Rottura a fatica

Rottura a fatica (Rottura Ciclica): il materiale è sottoposto ad un carico ciclico e il valore massimo assunto dal carico è inferiore a quello limite. Tuttavia, per un numero elevato di cicli di carico, si ha comunque la rottura del materiale.

Tale rottura caratterizza non tanto il tipo di materiale ma il manufatto stesso. Infatti è dovuta alla presenza di microcricche e altre imperfezioni (a loro volta legate alla tecnologia usata per la realizzazione del manufatto, oppure alla particolare geometria del manufatto).

Rottura dinamica

Rottura dinamica (Rottura Impulsiva): il materiale è sottoposto ad un carico impulsivo. Il contributo delle forze inerziali è importante.

Trazione e compressione

Elastina = materiale viscoelastico ma in prima approssimazione è elastico lineare (area di isteresi e non linearità sono modeste) = materiale disordinato.

Quando subisce una trazione aumenta l’ordine.

Quando è lasciata libera torna nel suo stato di disordine, sfrutta entropia x generare elasticità entalpica.

Nei tendini e legamenti ci sono 1-2% di tracce di elastina.

Tranne in due legamenti:

1. Legamentum Flavum (“Legamento Giallo”) della colonna vertebrale.
2. Legamentum Nuchae (molto sviluppato dei bovini) nella nuca posteriormente.

Legamentum Nuchae = elastina + collagene = comportamento elastico non lineare.

(= per studiare i diversi comportamenti di elastina e collagene si usano due diversi enzimi: Elastase per trascurare comportamento elastina; Collagenase per trascurare comportamento collagene).

È possibile individuare due regioni distinte, il cui confine si situa all'80% di deformazione.

121Azione In ciascuna delle due regioni calcolo il modulo elastico: collageneIElastina g EElastinaoompae E Collagenenoompa.

Il comportamento di questo legamento può essere interpretato utilizzando la teoria del reclutamento. Il modello si ricava partendo da delle ipotesi:

1. I costituenti presi in considerazione = elastina + collagene.
2. Il Collagene è impegnato strutturalmente soltanto per una sua frazione percentuale.
3. All'allungamento, la percentuale di collagene impegnato varia e si incrementa all'aumentare della deformazione.

Data una deformazione, E, l’incremento di fibre di collagene che entrano in azione quando la fibra è deformata di Ance un tratto è:

de niceda Enice de

Ogni frazione di fibre di collagene produce uno sforzo pari a:

da E

Ogni volta che subisce una trazione.

docdm EED E E1 Allungamento che tale frazione di fibre subisce.

Modulo elastico a partire dalla condizione iniziale E del Collagenelo sforzo totale esercitato dalle fibre di collagene entrate progressivamente in azione fino all'allungamento vale quindi:

MIEEE deEE E

Lo sforzo totale esercitato dalle fibre di collagene e di elastina vale quindi:

Contributo dell'elastina