Biyomalzemeler üzerinde çift eksenli ve üç eksenli testler

Doğal biyomalzemeler çok eksenli yüklere tabidir ve bunlar da uygun test cihazları ile uygulanabilir ve ölçülebilir.
Biax3

Biyomalzemeler üzerinde çift eksenli testler

Yeterli bir modelleme için önce mekanik davranış ve dokuların nedensel (altta yatan) yapısı tam olarak belirlenmelidir. Fiziksel kompozitteki biyolojik dokular her zaman çok eksenli yüklere maruz kaldığından, bu yüklerin araştırılması için doku örneğine çok eksenli yükler uygulayan bir araştırma cihazına ihtiyaç duyulmaktadır.
Biax1
Sonuç olarak, yumuşak doğal ve yapay malzemelerin mekanik olarak karakterize edilmesi için özel olarak tasarlanmış bir çift eksenli test cihazları geliştirildi. Konum, kuvvet veya zorlanma ile bağımsız olarak kontrol edilen dört doğrusal sürücüyü bütünleştirir. Kuvvet, (su geçirmez) yük ölçme hücreleri ve her biri X ve Y yönlerinde ikişer adettir. Buna ek olarak, ortamın optimum sıcaklık kontrolü için dört ölçüm, kontrol ve elektronik ünitenin yanı sıra sıvı bir kap da bulunmaktadır. Maksimum test yükü dönüştürücü başına 100 N'dir, çözünürlük 0.6 mN'ye ulaşır. Gerilim ölçümü için seyahat mesafesi 50 mm (çözünürlük 0.1 μm) ve maksimum hız 2.000 mm/dk. Sıkıştırma teçhizatına ek olarak, numuneler, yük ölçme hücreler ile döndürülebilir bir sıkıştırma aygıtı olan kanca ve kordlardan bağlanabilir. Bu cihazla, numuneye homojen bir kuvvet gelir ve böylece numunedeki homojen bir kuvvet dağılımı elde edilir. Çift eksenli test cihazının bir diğer büyük avantajı lazer speckle ekstensometre. Markalama olmaksızın temassız ve iki boyutlu uzama ve deformasyon ölçümünü mümkün kılar. Ölçüm prensibi, numunenin yüzeyini bir lazerle aydınlatarak oluşturulan, orada yansıtılan ve bir kamera ile kaydedilen, benek desenlerinin değerlendirilmesine dayanır. Doğal biyomateryal numunesi ilk önce deneysel olarak laboratuarda test edilir, daha sonra bu veriler bir matematik modelinde eşlenir ve nihayet bir bilgisayar modeline aktarılır. Çift eksenli test cihazı ile belirlenen malzeme özelliklerine, örn. kalp duvarının sanal rekonstrüksiyonu izlenir ve kalp duvarının (patolojik) davranışının öngörülebilirliği incelenir.
EPZ_Biax1

Alternatif test çözümü

Bir başka iki eksenli test cihazı, her biri 1 kN yük kapasiteli ve 200 mm yolculuklu 4 elektromekanik test silindirinden oluşur. Test nesnesinin uzunluğu değişimi, laserXtens / videoXtens Ekstensometre ile kaydedilir. Su banyosu için bir sıcaklık kontrolü doğrudan entegre edilmiştir.

Biyomalzemeler ve dokular üzerinde üç eksenli test

Yumuşak biyolojik (ortotropik) dokuların kayma özelliklerini belirlemek için üç eksenli uygulamalar için bir test sistemi geliştirildi ve inşa edildi. Test cihazı iki ayrı komponentten oluşmaktadır:
Dikey olarak (z-yönünde) hareket edebilecek şekilde tasarlanmış bir üst platform ve yatay düzlemde karşılıklı olarak birbirine dik iki yönde (x ve y yönlerinde) hareket edebilecek şekilde tasarlanmış bir alt platform. Doku örneği, test sırasında ince üst yapışkan bir tabaka ile üst ve alt platformlara tutturulur ve uygun bir fizyolojik ve temperli solüsyona daldırılır. Alt platform, numuneyi kesip yatay olarak sabitlenmiş üst platforma göre hareket eder. Üç ortogonal doğrultudaki (x, y ve z yönü) oluşan kuvvetler, üst platform üzerine monte edilmiş özel bir yük hücresi ile aynı anda ölçülebilir. Dikey x ve y doğrusal tahrik ünitelerinin hareketi ± 14 mm'dir (yol çözünürlüğü 0.25 μm) ve maks. 3000 mm/dk hız. 3 eksenli kuvvet sensörünün üç yönde maksimum test gücü 2 N'dir ve ölçüm hassasiyeti ölçülen değerin %0.5'i olarak belirlenir. Kuvvet sensörünün x ve y yönleri arasındaki karışma davranışı nihai değerin %0.5'inden büyük ve x/y ile z arasındaki nihai değerin% 1'den büyük.
Triax1
Triax2

Technical University of Munich: biaxial strain measurement of the aortal wall

As part of its research activities the Department of Computational Mechanics at the Technical University of Munich (TUM) is carrying out material modelling of biological tissues under high strain.
Biax1
YUKARI