Biomeccanica (1° parziale)

è sottoposto a un carico ciclico che assume come valore massimo un valore inferiore a quello limite, nonostante questo per un elevato numero di cicli si ha comunque la rottura. Questa tipologia di rottura è dovuta alla presenza di microcricche o imperfezioni, alla tecnologia usata per creare il materiale e alla geometria del manufatto.

Parte quindi tutto da un’imperfezione localizzata a causa di sollecitazioni ripetute nel tempo che creano una microcricca che avanza nel tempo fino ad arrivare a rottura quando la cricca ha dimensioni troppo elevate e il pezzo non è più in grado di sopportare i carichi.

Dopo la rottura la superfice creata dalla frattura presenta due zone: zona d’avanzamento (superfice levigata e con linee caratteristiche dette di spiaggia, questo è dovuto allo sfregare delle due superfici una sull’altra mentre la cricca avanza) e zona di frattura (generata al momento della rottura completa del pezzo meccanico, è irregolare).

e con asperità). Lo stesso manufatto poi se viene sollecitato con carichi differenti ha resistenze a fatica diverse. Le prove che vengono fatte sui provini hanno una forza di trazione che varia tra 0 e un valore massimo e si vanno a misurare il numero di cicli di carico sopportati. (vedi diagramma Wohler sopra)

Rottura dinamica

Il materiale è sottoposto ad un carico impulsivo, importante è il contributo delle forze inerziali ed è determinante la capacità del materiale di rallentare mediante la propria deformazione l'applicazione della sollecitazione.

USURA

Due corpi a contatto tra loro e in moto uno rispetto all'altro vedono una perdita progressiva di particelle di materiale che porta a un cambiamento di forma e dimensione, questo fenomeno prende il nome di usura.

Esistono diversi tipi d'usura e l'usura in sé è dovuta a fattori diversi che sono: proprietà del materiale dei due corpi (modulo elastico, durezza, duttilità, ecc.).

resistenza afatica), caratteristiche ambiente (agenti corrosivi, temperatura, sostanze lubrificanti), caratteristiche dei due corpi relative alla tecnologia di realizzazione (grado di finitura, presenza microcricche, geometria).

Protesi d'anca

L'intera struttura (soprattutto stelo e collo) è soggetta ad un carico ciclico causato dalla camminata, lo stelo e il collo devono quindi essere dimensionati in maniera da evitare non solo la rottura statica ma anche quella dinamica. La testa ruota nella coppa acetabolare e si ha quindi usura, per questo bisogna scegliere in modo opportuno i materiali così da avere una elevata finitura superficiale. In particolare, la coppa acetabolare in poliuretano e la testa in metallo/ceramica così da avere il minimo attrito mantenendo la resistenza meccanica. Nonostante questo, con il passare del tempo la testina scava nel poliuretano rilasciando particelle (tessuti si ritraggono) che portano infiammazione (fallimento protesi) così

la testina si avvicina al backbone (fallimento protesi). ≈2 3Ogni anno il volume asportato è π * 5 * 0,5 40 mmDiametro delle particelle è = 0,5 μm( )34 0,5 −12 −3π ≈ 60∗10 mmIl volume delle particelle è = 3 2 Vanno 9=650∗10Numero di particelle liberate in un anno = (la quantità che ogniVpartanno si depositano intorno alla protesi)Ogni giorno circa 300 passi 1 milione all’annoOgni passo rilascio circa 650.000 particelleSi può notare come l’usura è un quindi un grave problema, usura che è causata da4 motivi differenti: Abrasione: le particelle rilasciate sono le creste.Adesione: materiale duttile, nel punto di contatto le forze elevate portano lafusione del materiale e il seguente movimento provoca la rottura nel materiale piùdebole o con sezione più sottile.Fatica: se vi è un deterioramento della superfice del materiale in seguito asollecitazioni

periodiche.

Terzo corpo: quando una delle due superfici genera particelle che a loro volta provocano usura.

Confronto: forza quasi statica e impulsiva

Quasi statico

Le forze vengono applicate in modo quasi statico cioè aumentano all'aumentare della deformazione ottenendo così la definizione di sforzo (deformazione statica)

F = P / A

σ = F / A

ε = Δl / l₀

Δl = l - l₀

F = σ * A

P è vero che non ho dissipazioni quindi Li = Le ma il confronto devo farlo con il lavoro specifico per avere corrette unità di misura

L = F * Δl = σ * A * Δl

ε = Δl / l₀

σ = F / A

P = σ * ε

Quindi definizione di sforzo statico

A₀

Impulsivo

Le forze vengono applicate in modo impulsivo, lo sforzo percepito dal materiale è quindi doppio rispetto al caso statico

(deformazione dinamica). Questo si spiega con il fatto che il materiale non riesce ad accumulare tutta l'energia (sovraccarico) e quindi parte di questa viene trasformata in energia cinetica che provoca oscillazioni intorno al valore d'equilibrio. ĺ d∫= ( -l )L F dl=F ĺe P P d 0l 0σ=L έi d2 F-lĺ σ Pd 0 =2 σ=Allora definizione di sforzo dinamicoF έ P s Al A 2 00 0Quindi in questo caso lo sforzo raddoppia rispetto al caso prima per tanto avrò una deformazione molto maggiore.Graficamente osserviamo l'andamento dei due sforzi:TESSUTO OSSEO

Va a comporre le 206-210 ossa del corpo che si dividono in scheletro assiale (33 vertebre, ossa dal bacino al collo, cranio, gabbia toracica, colonna) e scheletro appendicolare (arti superiori, inferiori e appendici delle strutture principali). Le ossa possono poi essere lunghe (più comuni), brevi (vertebre) e piatte (bacino, scapole).In un osso possiamo osservare la