VL1 Biomechanik Flashcards
(30 cards)
Welche Art von biologischem Material hat die folgende Spannungs-Dehnungs-Kurve? (1 P)
J-Form Kurve
2022/1
Haut - J Form
Am Anfang, bei kleine Auslenkung, sehr einfach Dehnung
Aber E steigt mit Dehnung
Reißen ohne Elastizität - und minimal Energiespeicherung - wichtig weil beim brechen Energie freigesetzt -> Rissausbreitung
Hooke’s law
Spannung = Elastizitaetsmodul x Dehnung
σ = E ε
Hookes law
ε ?
Dehnung
= ΔL/L = change in length / length
Das Hookesches Gesetz bei Stauchung/Dehnung:
σ = E ε
ε = ∆L / L (relative Verformung)
- Was ist E? (1 P)
- Was ist die Bedeutung eines hohes E Wertes? (1 P)
2022/1
E = Elastizitätsmodul = Youngs Modulus = σ/ε = stress/strain
Gibt die Dehnbarkeit eines Materials an.
Größere E –> mehr Energie absorbiert ohne Brechen = höhere Bruchlast.
Groessenordnungen Beispiele :
10^11 - Metallen
10^10 Knochen, Holz, Zahnschmelz, Dentin
10^6 Kautschuk
10^5 Zellmembran, Blutgefaesse
(s)
Was sind die zwei Hauptbestandteile von Knochen? (2 P)
2022/1
Knochen ist kalzifiziertes Knorpelgewebe:
- Kalziumhydroxylapatit - sehr steif - E = 165 GPa
- Kollagenproteine - sehr weich - E = 1.24 GPa
Knochen haben heterogene Strukturen.
Aussen hart (compacta), innen schwammartige Porenstruktur (spongiosa)
(s)
Das Hookesche Gesetz für eine Feder ist:
F = D ∆L (D ist Federkonstant und F ist Kraft).
Hookesches Gesetz bei Stauchung/Dehnung:
σ = E ε
ε = ∆L / L (relative Verformung)
Was ist σ? (1P)
2021/3
2021/2
Spannung
σ = F/A [N / m^2] (wie Druck)
σ = E ⋅ ε
E = proportionalitäts-Faktor = Elastizitaetsmodul
ε = relative Verformung = Dehnung = Δl / l
(∆l = absolute Längenänderung)
Das Hookesche Gesetz für eine Feder ist:
F = D ∆L (D ist Federkonstant und F ist Kraft).
Hookesches Gesetz bei Stauchung/Dehnung:
σ = E ε
ε = ∆L / L (relative Verformung)
Was ist E? (1P)
2021/3
2021/2
E = Elastizitätsmodul = Youngs Modulus
Gibt die Dehnbarkeit eines Materials an. Wir koennen es als Gradient betrachten.
(s)
Das Hookesche Gesetz für eine Feder ist:
F = D ∆L (D ist Federkonstant und F ist Kraft).
Hookesches Gesetz bei Stauchung/Dehnung:
σ = E ε
ε = ∆L / L (relative Verformung)
Was ist die Bedeutung/der Vorteil eines hohes E Wertes? (1P)
2021/3
2021/2
Größere E –> mehr Energie absorbiert ohne Brechen
= höhere Bruchlast.
Was passiert bei Knochen unter Belastung:
Ohne Kollagen? (1 P)
2021/3
2021/2
Die Knochen sind spröde, brechen (s)
Was passiert bei Knochen unter Belastung:
Ohne Mineralien? (1 P)
2021/3
2021/2
Es kommt zur Deformation bzw. Biegung, kein Bruch (s)
Was passiert bei Knochen unter Belastung:
Wenn sie trocken sind? (1 P)
2021/3
2021/2
Trockener Knochen brechen einfacher (wenige Dehnung)
Knochen zerbrechen, bröseln (k)
Formula for force
F = m*a = mass * accelaration
SI Unit for Force
N Newton
= [kg⋅m / s^2]
Die Eigenschaften von Biomaterialien bezüglich der Scherkräfte lassen sich mit folgenden Formeln beschreiben:
https://docs.google.com/document/d/1ytD8tXV8WD4r7uGOf9R-2kVehn7wSbTg/edit
Question 2
τ = (dF / dA_s)
G = τ / γ
Benennen Sie τ
τ = Scherspannung (shear stress)
Die Eigenschaften von Biomaterialien bezüglich der Scherkräfte lassen sich mit folgenden Formeln beschreiben:
https://docs.google.com/document/d/1ytD8tXV8WD4r7uGOf9R-2kVehn7wSbTg/edit
Question 2
τ = (dF / dA_s)
G = τ / γ
Benennen Sie γ
2021/2
γ = Scherungswinkel
Die Eigenschaften von Biomaterialien bezüglich der Scherkräfte lassen sich mit folgenden Formeln beschreiben:
https://docs.google.com/document/d/1ytD8tXV8WD4r7uGOf9R-2kVehn7wSbTg/edit
Question 2
τ = (dF / dA_s)
G = τ / γ
Benennen Sie G
2021/2
G = Schermodul
Mit folgendem Diagramm kann man beschreiben, was mit zunehmender Zugbelastung eines Drahtes
passiert:
https://drive.google.com/drive/folders/1SjJBZyJJgWU1viuw6HcDMQbaj33cD9p4 (2A)
Wie wird die Region vom Ursprung bis A genannt?
2022/1
Hooksche Elastisch
(A = Proportionalitätsgrenze)
Deformation in this region is described as Hooke-elastic. The gradient of the relation up to this boundary (A) is the modulus of Elasticity or Youngs modulus.
(s)
Mit folgendem Diagramm kann man beschreiben, was mit zunehmender Zugbelastung eines Drahtes
passiert:
https://drive.google.com/drive/folders/1SjJBZyJJgWU1viuw6HcDMQbaj33cD9p4 (2A)
- Was passiert am Punkt C? (1 P)
2022/1
Fließgrenze
Eine Fließgrenze beschreibt, dass sich ein Material oberhalb einer Grenzbelastung plastisch und unterhalb elastisch verhält.
//
From point C, if the material is allowed to relax, it returns to the point εʹ, it is permanently stretched.
After point C, the material starts to “flow”, and gets longer without any increase in stress.
(s)
Mit folgendem Diagramm kann man beschreiben, was mit zunehmender Zugbelastung eines Drahtes
passiert:
https://drive.google.com/drive/folders/1SjJBZyJJgWU1viuw6HcDMQbaj33cD9p4 (2A)
- Was ist σE? (1 P)
2022/1
σE = Zerreißfestigkeit
At the end of cold hardening, the material reaches its final tensile strength (σE).
After this, its capacity to resist is gone and it stretches a little more (with less stress) and snaps at point F.
(s)
Mit folgendem Diagramm kann man beschreiben, was mit zunehmender Zugbelastung eines Drahtes
passiert:
https://drive.google.com/drive/folders/1SjJBZyJJgWU1viuw6HcDMQbaj33cD9p4 (2A)
- Die Fläche unter der Kurve ergibt sich aus dem Integral: U_T = ∫ σ dε
Geben Sie entweder die Einheiten oder eine der verschiedenen Bezeichnungen für diese Menge an ( 1 P)
2022/1
Zähigkeit oder Tenazität.
Energiedicht oder Verformungsenergie (UT)
[J / m^3]
Größere E (Elastizitätsmodul!!!) heißt mehr Energie absorbiert ohne Brechen.
Größere E heißt höhere Bruchlast.
Elastizität heißt Energieabsorption – ohne Elastizität wäre die
Belastung für Gelenke und Knochen viel zu hoch.
//
The area under the stress-strain (σ-ε) plot is roughly equivalent to energy.
Therefore a high E value means a high capacity to absorb/store energy without breaking.
More precisely, this quantity is known as toughness, energy density or deformation energy
Bottom line: elasticity is synonymous with
energy absorption, without elasticity, the
load on joints and bones would be far too
high.
(s)
Beziehung zwischen Elastizitaet und Energie
Elastizität heißt Energieabsorption –
ohne Elastizität wäre die Belastung für Gelenke und Knochen viel zu hoch.
Die Eigenschaften von Biomaterialien bezüglich der Schubkräfte lassen sich durch folgende Formel beschreiben:
τ = dF/dA und G = τ/γ.
1) Zeichnen Sie einen Würfel, vor und nach einer „Scherung“ mit den angreifenden Kräften.
2) Erklären Sie die Bedeutung von G, γ, τ?
2020/3 Gedaechtnis
2019/3 Gedaechtnis
2019/1
2018/3
https://images.app.goo.gl/1yMseaSFFveQvWeJA
τ = Scherspannung (shear stress)
γ = Scherungswinkel
G = Schermodul
τ = Scherspannung (shear stress)
2020/3 Gedaechtnis
2019/3 Gedaechtnis
2018/3
2018/1
Shear stress is defined as the component of stress that acts parallel to a material cross section
G = Schermodul
2020/3 Gedaechtnis
2019/3 Gedaechtnis
2018/3
2018/1
shear modulus = (shear stress)/(shear strain) = (F/A)/(x/y) . This equation is a specific form of Hooke’s law of elasticity. Because the denominator is a ratio and thus dimensionless, the dimensions of the shear modulus are those of force per unit area
