Domande teoria costruzioni

Dbilanciare l'aumento dei carichi

Aumento i carichi per avvicinare gli elementi, ma aumenta anche la viscosità e quindi la pressurizzazione. Quindi, a differenza della teoria di Reynolds non valgono alcune ipotesi:

• superfici solide assunte infinitamente rigide
• fluido lubrificante assunto a viscosità costante nel film

Rispetto alla teoria di Reynolds, cambia l'esponente del fattore idrodinamico, che da 1 diventa 0.7; inoltre sono presenti altri due fattori:

• fattore di deformazione elastica N / R E*
• α - fattore di pressione-viscosità N / R - è il parametro che indica quanto la viscosità cresce all'aumentare della pressione.

Semplificando si ricava che h N e che h U, quindi U gioca un ruolo più importante di:

-0.13 0.7 ∝ ∝ 0 0 N.

La formula considera le dimensioni dell'accoppiamento (R e U=ω*raggio testina/2), i materiali utilizzati (E), la forza (F, ad esempio).

che si scarica sulla testina di una protesi d'anca), Questa formula si usa per valutare cosa accade quando una protesi lavora in vivo o quando essa viene testata (ad esempio per valutare la lubrificazione in una protesi d'anca, in particolare tra testina e acetabolo). Tema 22.09.2013 Quesito 2 Si descriva cosa si intende per usura abrasiva e usura adesiva. Si illustri inoltre, riferendosi al modello di una singola asperità, l'espressione del fattore di usura per le due tipologie considerate. L'usura abrasiva, una delle forme più comuni di usura e nota anche come abrasione, è definita come un'usura dovuta a particelle o protuberanze dure forzate contro una superficie solida e in movimento lungo la stessa. Essa è quindi associata al taglio/l'aratura della superficie da parte di particelle o asperità più dure della superficie stessa. I punti di taglio possono essere incorporati nella controparte (quella più dura), odispersi all'interno della zona di contatto provocando usura da terzo corpo e conseguentemente aumentando la rugosità all'interfaccia e danneggiando anche la superficie più dura. Pagina 11 di 18 L'usura abrasiva è tipica degli accoppiamenti hard-soft, come quello tra testina ceramica o metallico e inserto in UHMWPE. Si immagini che la superficie abbia tutte le creste uguali fra di loro, e in particolare aventi forma conica con angolo di conicità nota e studiando cosa accade quando un cono di questo tipo viene spinto all'interno di un materiale tenero con una forza F: si va a stimare di quanto penetra il cono (profondità Nd). La formula risultante del modello è: L'usura adesiva, invece, si basa sul meccanismo dell'adesione ed evolve attraverso la formazione, crescita e frattura di giunzioni o microsaldature adesive, analogamente a quanto accade per l'attrito di adesione. Una caratteristica distinguibile di questafenomeni fisici che possono influenzare il trasferimento di materiale. L'usura può essere classificata in diverse forme, tra cui l'usura adesiva, l'usura abrasiva, l'usura corrosiva e l'usura da fatica. L'usura adesiva si verifica quando le superfici solide a contatto si legano tra loro e si separano, causando il trasferimento di materiale da una superficie all'altra. Questo tipo di usura è comune in situazioni in cui le superfici sono sottoposte a pressioni elevate o a movimenti relativi. L'usura abrasiva, invece, si verifica quando particelle abrasive, come sabbia o polvere, si infiltrano tra le superfici in contatto e causano l'abrasione del materiale. Questo tipo di usura è spesso osservato in situazioni in cui le superfici sono soggette a sfregamento o a contatto con materiali duri. L'usura corrosiva si verifica quando i materiali in contatto reagiscono chimicamente tra loro, causando la corrosione delle superfici. Questo tipo di usura è comune in ambienti corrosivi, come ad esempio in presenza di sostanze chimiche aggressive o di umidità. Infine, l'usura da fatica si verifica quando le superfici sono sottoposte a sollecitazioni cicliche, come ad esempio in situazioni di carico e scarico ripetuti. Questo tipo di usura può portare alla formazione di microfratture e alla rottura del materiale. Per prevenire o ridurre l'usura, è possibile adottare diverse strategie, come l'utilizzo di materiali più resistenti, l'applicazione di rivestimenti protettivi, l'uso di lubrificanti o la progettazione di superfici con caratteristiche specifiche. In conclusione, l'usura è un fenomeno comune che può influenzare la durata e le prestazioni dei materiali. La comprensione dei meccanismi di usura e l'adozione di adeguate misure preventive possono contribuire a migliorare la resistenza e la longevità dei materiali.

fattori. È ragionevole presumere che l'usura adesiva si manifesti con i processi associati ad altri tipi di usura (fatica, abrasione, ecc.) La formula risultante è. Anche in questo caso entra in gioco la durezza del materiale (attraverso lo snervamento); la differenza è che arrivati a questo punto i due pezzi si sono saldati, e quindi quando il pezzo verde si sposta si porta via una componente emisferica del pezzo viola! Bisogna spostarsi di quantità x che sia almeno sufficiente a far sì che questa emisfera venga portata fuori dalla sua cavità.

Tema 30.09.2015

Quesito 3

Con riferimento ad un simulatore idraulico per test su protesi valvolari cardiache si descrivano le possibili soluzioni progettuali per realizzare gli elementi resistivi. In particolare, si illustrino vantaggi e svantaggi delle varie soluzioni, in relazione alle specifiche di progetto del componente in oggetto.

Le specifiche di progetto per l'equivalente idrodinamico delle

Le resistenze che rappresentano il lettocapillare sono:

1. Moto alla Poiseuille (legame lineare ΔP-Q)
2. Facile da utilizzare
3. R regolabile per adattarla alla singola situazione fisiologica
4. Piccole dimensioni e basso peso

Le soluzioni che sono state realizzate sono:

Pagina 12 di 18128μLΔP = Qa. Tubo in parallelo soddisfacente il moto alla Poiseuille. Dal momento che il πD⁴fluido si muove e ha una certa viscosità, esistono delle perdite di carico che sono distribuite su tutto L. Se si ha un unico tubo si avrà un solo valore di resistenza, mentre con due tubi si avranno tre valori di resistenza, corrispondenti all'apertura di uno solo dei due rubinetti (R1 o R2) e all'apertura degli stessi contemporaneamente (R//) R//<R2<R1. Si fissano poi R, L (ingombri) e la viscosità (di solito non si usa quella del sangue ma 1cP). Possono esserci problemi di ostruzioni perché i tubi sono molto piccoli e ci sono particelle, bisogna continuamente

Pulire e smontare il tutto. Inoltre, per avere tubi regolabili ci sono diramazioni all'ingresso e congiunzioni all'uscita, quindi non si ha un legame lineare tra ingresso e uscita ma delle perdite di carico localizzate che danno un termine ΔP = a*Q. Perciò non viene soddisfatta la specifica di facile utilizzo e neanche quella di moto alla Poiseuille.

Regione porosa, regolata dalla legge di Darcy: si usa un solo tubo con una spugna e si ha un legame lineare ΔP = R*Q. All'interno del poroso il liquido è in regime laminare lungo i tratti tortuosi.

La velocità nel mezzo poroso è regolata dalla legge di Darcy, che è equivalente alla legge di Poiseuille per mezzo della lunghezza L. I vantaggi di questa configurazione, oltre al fatto che si utilizza un solo tubo, sono la possibile regolabilità della resistenza attraverso la compressione/allargamento della spugna (si varia K) e la variazione di L.

regolabilità di K non è semplice da realizzare, quindi viene meno la specifica di semplicità realizzativa. Si può realizzare solo per la resistenza periferica (non per quella aortica) utilizzando un barra che si infila e sfila e si ha di conseguenza una maggiore o minore zona porosa in cui il liquido passa.

Riduzione dell’area: si usa un unico rubinetto che regola la riduzione di sezione del tubo, regolando conseguentemente la resistenza. Il problema è che si hanno perdite di carico concentrate che seguono l’equazione ΔP=R*Q2, poiché la porosità k è funzione della forma dell'astrozzatura e in particolare all’imbocco della zona con area ridotta si ha una riduzione di area con dissipazione di energia e all’uscita della zona con sezione ridotta un allargamento. Il ΔP a cavallo della strozzatura è ΔP=(Kesp+Kcontr)*Q2, dove Kcontr ha un’espressione molto complessa e Kesp=[A0/At -1] .2d.

Resistenza + molla: poiché si è ottenuto un comportamento parabolico mentre se ne vorrebbe uno lineare, si è pensato di utilizzare una molla con una forza Fspring (diretta verso il basso) che fosse in equilibrio con Fpressore (diretta verso l'alto) in modo che ad un aumento di portata da parte della pompa pulsante, aumenti At e quindi aumenti ΔP nel tubo (Pt = Pds + kesp*Q), di conseguenza aumenta Fpressore e la molla si alza. Si è in tal modo ottenuto un rubinetto cedevole e self-adjustable che permette di spostarsi da una curva all'altra nel grafico precedente Pagina 13 di 18 e quindi si ha un legame ΔP-Q linearizzato.

Tema 19.07.2011

Quesito 3

Con riferimento ad un simulatore idraulico per test su protesi valvolari cardiache si descrivano le possibili soluzioni progettuali per realizzare gli elementi capacitivi. In particolare, si illustrino vantaggi e svantaggi delle varie soluzioni, in relazione alle specifiche di progetto del

Componente in oggetto. Tema 12.02.2014 (solo la prima parte della domanda) [anche 23.09.2015]

Quesito 3

In un simulatore idraulico per test su protesi valvolari cardiache sono presenti opportuni elementi che simulano le proprietà elastiche del sistema cardiovascolare. Normalmente si utilizzano elementi differenti per simulare le capacitanze idrauliche del sistema arterioso e del sistema venoso-atriale.

- si descriva il funzionamento di tali elementi e le ragioni che portano a soluzioni progettuali diverse per i due componenti.

- si effettui un disegno costruttivo di un componente venoso-atriale in grado di simulare valori di capacitanza nell'intervallo 20 – 100 ml/mmHg.

Le specifiche di progetto sono:

1. Deve essere regolabile per adattarla al singolo paziente e alle sue condizioni fisiologiche;
2. Deve avere piccole dimensioni e piccolo peso;
3. Deve essere facile da utilizzare.

[Rispetto a R non è presente la specifica di linearità: per R serviva avere]

linearità perché le resistenze sono legate ai capillari e quindi ai piccoli vasi in cui il legame ΔP-Q è lineare o quasi; in questo caso non serve un legame lineare, anzi, si vorrebbe avere la curvatura corretta ma è molto complicato ottenerla. Nella realtà le soluzioni progettuali vengono realizzate con compliance costante, ovvero le curve volume-pressione saranno delle rette o quasi. Soluzioni progettuali: 1. Cassa con molla: si considera un serbatoio chiuso, nella parte inferiore c'è liquido, separato da un pistone dalla parte superiore dove c'è aria. Si colloca una molla sopra al pistone in modo che se aumenta la pressione nel liquido, la molla si alza (Fpistone diretta verso l'alto aumenta) e entra maggiore liquido nel serbatoio. L'equilibrio delle forze sul serbatoio è: Felastica = Fpistone, kmolla * x = p * A, (A/A) * kmolla * dx = A * dp, C = (dV/dp) = A / kmolla. Per ottenere 2C desiderato, si deve scegliere la molla con la costante elastica corretta. 2. Cassa con membrana: si considera un serbatoio chiuso, nella parte inferiore c'è liquido, separato da una membrana elastica dalla parte superiore dove c'è aria. Se aumenta la pressione nel liquido, la membrana si sposta verso l'alto e entra maggiore liquido nel serbatoio. L'equilibrio delle forze sulla membrana è: Felastica = Fmembrana, kmembrana * x = p * A, (A/A) * kmembrana * dx = A * dp, C = (dV/dp) = A / kmembrana. Per ottenere 2C desiderato, si deve scegliere la membrana con la costante elastica corretta. 3. Cassa con pistone: si considera un serbatoio chiuso, nella parte inferiore c'è liquido, separato da un pistone dalla parte superiore dove c'è aria. Se aumenta la pressione nel liquido, il pistone si sposta verso l'alto e entra maggiore liquido nel serbatoio. L'equilibrio delle forze sul pistone è: Felastica = Fpistone, kmolla * x = p * A, (A/A) * kmolla * dx = A * dp, C = (dV/dp) = A / kmolla. Per ottenere 2C desiderato, si deve scegliere il pistone con la costante elastica corretta.