ermittlung mechanischer kennwerte mittels indentation ermittlung mechanischer kennwerte mittels...

Download Ermittlung mechanischer Kennwerte mittels Indentation Ermittlung mechanischer Kennwerte mittels Indentation

Post on 07-Jul-2020

1 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Ermittlung mechanischer Kennwerte mittels

    Indentation

    Michael Seidenstücker

    (Dipl.-Ing.)

    24.11.2015

    Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für

    Biomaterialien

    12. – 14. November 2015 in Freiburg

  • Einleitung Indentation

    24.11.2015

    • Indentationsverfahren sind gängige Praxis in der

    Materialprüfung:

     Härte, Mikro- und Nanohärteprüfung

    • zur Untersuchung von Weichgeweben wie Knorpel

    angewendet

    Quelle: www.zwick.de/de/aktuelles/news-detail/article/neue-modelle-fuer-die-mikrohaertepruefung.html

    https://www.hysitron.com/products-services/standalone-instruments/ti-950-triboindenter.html

    Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

  • Einleitung Mach-1 Prüfmaschine

    24.11.2015

    Quelle: www.biomomentum.com/en/Mach-1.html

    Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    • V500css mikromechanisches

    Testsystem

    • Seit 1999 kontinuierlich

    weiterentwickelt

    • 3D Oberflächenmapping

    • Mehrachsen Messsystem für

    Gewebe und weiche Materialien

    • Modularer Aufbau und damit

    vielseitig einsetzbar

  • Anwendungsbeispiele Mach-1

    24.11.2015

    Quelle: www.biomomentum.com/en/Mach-1.html

    Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Indentation an

    Gelenkknorpel

    Unconfined

    Compression

    Mechanische

    Stimulation

    Zugversuche

  • Anwendungsbeispiele Mach-1

    24.11.2015

    Quelle: Lavoie et al. (2014) Mapping Biomechanical Properties of Mice Articular Surfaces Using

    Indentation: Preliminary Results. Poster ID: P-Th-183.

    Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Automatische Kartierung der Oberfläche mittels Indentation

    • Gitternetz über Probe gelegt

    • Messpunkte automatisch angefahren und Indentation durchgeführt

    Automatische Kartierung der Knorpeldicke

    • Identische Positionen der Indentationsprüfung

    Tibia Plateau (links) Maus

  • Methode Automatische Kartierung der Oberfläche mittels Indentation

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Quelle: Sim, S. et al. (2013) Evaluation of a novel technique to map the mechanical properties of an entire

    articular surface in indentation.

    • Sphärische Indenter

    • Multiaxiale Kraftmessdose – Fx, Fy und Fz zur Bestimmung der Normalkraft

    • Bestimmung der Oberflächenorientierung an der vordefinierten Position,

    sowie 4 umgebenden Punkten

  • Methode Automatische Kartierung der Knorpeldicke

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    • Mittels Kanüle

    • Unter Verwendung des gleichen vordefinierten Rasters

  • 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

    0,00

    0,05

    0,10

    0,15

    0,20

    F o rc

    e [

    N ]

    Displacement [mm]

    Methode Automatische Kartierung der Knorpeldicke

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Knorpel-

    oberfläche

    Knochen

    Abstand

  • Methode Automatische Kartierung der Knorpeldicke

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Knorpeldicke = vertikale

    Distanz x cos (Oberflächen Orientierung)

  • Methode Automatische Kartierung der Oberfläche mittels Indentation

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Instantan Modul (MPa)

    Elastic Model

    in der

    Indentation

    (Hayes, 1972)

    • Rohdaten

    • Elastic Model Fit

    Unter

    Verwendung der

    ermittelten

    Knorpeldicke

  • Methode Oberflächenkartierung

    24.11.2015

    Probe

    Kamera (1280x960 pixel)

    Positionsraster wird überlagert

    Längeneiheiten werden konvertiert

    Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Automatische Messung

  • Ergebnisse Knorpeldicke

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    mm

  • Ergebnisse

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    mm Mittlere Knorpeldicke:

    2,36 ± 0,51 mm

    4,12 ± 0,48 mm

    MPa

    Messergebnisse

    Mittlere E-Moduln:

    3,99 ± 4,01 MPa

    1,09 ± 1,52 MPa

  • Ergebnisse Knorpeldicke

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Quelle: Sim, S. et al. (2013) Evaluation of a novel technique to map the mechanical properties of an entire

    articular surface in indentation.

    mm mm

  • 24.11.2015

    Ergebnisse Moduln

    Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Quelle: Sim, S. et al. (2013) Evaluation of a novel technique to map the mechanical properties of an entire

    articular surface in indentation.

    MPa MPa

  • Zusammenfassung

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    • ca. 50 Messpunkte

    • ca. 1 Minute pro Indentation

    • ca. 45 Sekunden pro Dickenmessung

    • relativ einfach automatische Kartierungen von Weichgeweben mittels Mach-1

    • Ergebnisse korrelieren gut mit der Literatur

  • Ausblick Histologie?

    24.11.2015 Hintergrund Methode Ergebnisse Zusammenfassung Ende

    Histologische Untersuchungen:

    • Defektstelle (wahrscheinlich gar kein Knorpel)

    • Bereich Abdeckung Meniskus

    • Bereich Kondylen

  • Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Recommended

View more >