MODELOWE BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SPECJALNYCH STRUKTUR GRANULOWANYCH W ASPEKCIE
MOŻLIWOŚCI ICH ZASTOSOWANIA W WYBRANEJ GRUPIE ORTEZ ORTOPEDYCZNYCH
R
OBERTZ
ALEWSKIInstytut Podstaw Budowy Maszyn Politechniki Warszawskiej e-mail: robertzalewski@wp.pl
Streszczenie. Praca dotyczy szczegółowej analizy rezultatów eksperymentalnych, związanych z badaniem zjawisk fizycznych, zachodzących w specjalnych strukturach granulowanych. Termin, specjalne struktury granulowane, całościowo obejmuje szczelną powłokę wypełnioną materiałem sypkimi oraz podciśnienie, generowane w jej wnętrzu, mające na celu usztywnienie konglomeratu. Podstawową zaletą tego typu struktur jest możliwość kontrolowanej zmiany jej globalnych właściwości mechanicznych (reologicznych) z dodatkową opcją tworzenia z nich dowolnych elementów kształtowych. Ostatnia ze wspomnianych cech struktur granulowanych czyni je szczególnie interesującymi ze względu na różnorodne możliwości aplikacji inżynierskich oraz medycznych.
W opracowaniu skupiono się na przedstawieniu wyników eksperymentalnych wybranej grupy materiałów sypkich. Szczególną uwagę zwrócono na możliwości kontrolowanej zmiany sztywności (modułu Younga) próbek rurowych, zbudowanych z materiałów sypkich, umieszczonych w szczelnej przestrzeni z podciśnieniem. Parametrem sterującym jest tzw. podciśnienie. Jest ono definiowane jako różnica pomiędzy ciśnieniem atmosferycznym, otaczającym próbkę, oraz ciśnieniem w jej wnętrzu.
1. WPROWADZENIE
Dotychczasowe badania specjalnych struktur granulowanych dotyczyły modelowania, badań oraz analizy nieliniowych zjawisk fizycznych w nich zachodzących (prace [1-10]).
Termin specjalne struktury granulowane całościowo obejmuje szczelną powłokę wypełnioną materiałem sypkimi oraz podciśnienie generowane w jej wnętrzu, mające na celu usztywnienie konglomeratu. Podstawową zaletą tego typu struktur jest możliwość kontrolowanej zmiany jej globalnych właściwości mechanicznych (reologicznych) z dodatkową opcją tworzenia z nich dowolnych elementów kształtowych. Ostatnia ze wspomnianych cech struktur granulowanych czyni je szczególnie interesującymi ze względu na różnorodne możliwości aplikacji inżynierskich czy medycznych.
Pracując z tymi nietypowymi strukturami, autor zauważył pewne ich podobieństwa do popularnych i skomercjalizowanych na dość szeroką skalę cieczy magnetoreologicznych (MRF).
Zadanie odpowiedniej wartości podciśnienia i, co się z tym wiąże, solidyfikacja wstępnie plastycznej masy granulowanej, upodabnia opisywane struktury do lepkoplastycznych ciał stałych. Wcześniejsze prace polegały m.in. na poszukiwaniach adekwatnego modelu konstytutywnego wiążącego ze sobą związki pomiędzy zadanym stanem naprężenia i odkształcenia. Zadowalające wyniki wstępnych badań laboratoryjnych potwierdzają słuszność wytyczonej drogi naukowej i skłaniają do dalszych poszukiwań modeli opisujących zachowanie specjalnych struktur granulowanych w grupie związków konstytutywnych.
opracowywanych dla metali.
Podsumowując tę część, należy stwierdzić, że prowadzone w opisywanej tematyce prace badawcze były ukierunkowane na takie działania, które pozwoliły poznać możliwie wiele problemów podstawowych, jakie są własnością specjalnych struktur granulowanych, przez co został przygotowany materiał badawczy do skonstruowania elementów konstrukcyjnych pracujących na bazie materiałów sypkich umieszczanych w przestrzeni z podciśnieniem z przeznaczeniem do wybranych zastosowań medycznych.
Niezależnym celem pracy jest skoncentrowanie się na aplikacyjnym wykorzystaniu rezultatów badań własnych, podpartych wszechstronną znajomością wszystkich innych, publikowanych prac dotyczących omawianej dziedziny badawczej, do opracowania koncepcji konstrukcji prototypów ortez ortopedycznych.
Niezależnie od prowadzonych działań aplikacyjnych i badań eksperymentalnych, jakie dotyczą specjalnych struktur granulowanych, nadal wiele zagadnień podstawowych pozostaje nierozwiązanych. Ich poznanie znacznie ułatwiłoby działania wdrożeniowe. Dotyczą one zarówno kompozycji samych struktur, mechaniki ich odkształcania, problemów termicznych, modelowania jak również sterowania za pomocą parametru podciśnienia.
Cele poznawcze pracy zmierzają, w pierwszej kolejności, do poznania wymienionych wyżej zjawisk, a następnie do sformułowania wniosków dotyczących:
- właściwości reologicznych specjalnych struktur granulowanych, a w tym określenia takich wielkości jak: moduł Younga czy granica plastyczności oraz możliwości ich kontrolowanych zmian w zależności od wartości zadanego podciśnienia wewnętrznego.
- wpływu objętości próbki badawczej na makroskopowe właściwości struktur, - możliwości sterowania zjawiskami zachodzącymi w strukturach granulowanych,
w warunkach rzeczywistej eksploatacji konkretnego prototypu urządzenia, Podstawową przesłanką skłaniającą do podjęcia tematyki aplikacyjnego wykorzystania specjalnych struktur granulowanych są inspiracje autora zaczerpnięte z ponadpółrocznego stażu naukowego odbytego w 2002 roku w University of Lille we Francji. Tamtejsza grupa naukowców z Instytutu Mechaniki prowadziła badania, pod kierownictwem profesora Bernarda Landjerita, nad możliwością poprawy właściwości użytkowych materacy próżniowych (matelas coquille). Materace próżniowe zostały wynalezione przez Loed’a i Haederlé’a i znalazły obecnie stosunkowo szerokie praktyczne zastosowanie, będąc na wyposażeniu zespołów medycznych pomagających ludziom, którzy na skutek odniesionej kontuzji wymagają transportu z zapewnieniem dodatkowych wymogów bezpieczeństwa.
Doświadczenie zdobyte przy pracach nad strukturami granulowanymi w specjalnych warunkach oraz ich praktyczne zastosowanie w postaci wspomnianych materacy próżniowych wykorzystywanych w ratownictwie medycznym jest głównym przyczynkiem do podjęcia wstępnych prób z przeniesieniem tego ciekawego rozwiązania do polskich realiów.
Z punktu widzenia medycznego, struktura zbudowana z plastomerowej osnowy, wypełnionej granulatem, w której wytwarza się podciśnienie po uprzednim ułożeniu
kontuzjowanej kończyny w sposób zapewniający bezpieczny transport, jest wielce konkurencyjna w stosunku do obecnie stosowanych rozwiązań. Jej główne zalety to:
- możliwość wykorzystywania ortez w praktycznie dowolnym miejscu ciała,
- łatwość, z jaką można zmieniać jej zewnętrzne kształty w zależności od indywidualnej budowy ciała pacjenta,
- możliwość czasowego usztywnienia z jednoczesną możliwością kontroli takich cech stabilizatorów jak twardość czy sztywność,
- prostota w utrzymaniu sterylności powierzchni w przypadku złamań otwartych lub ran pourazowych,
- możliwość wykonywania zdjęć rentgenowskich bez konieczności zdejmowania usztywniacza,
- w perspektywie zastąpienie klasycznego materiału stosowanego przy urazach doraźnych, wielce uciążliwego dla pacjentów – gipsu.
Zapotrzebowanie na ortezy ortopedyczne jest stosunkowo duże. Znajdują one zastosowanie przy usztywnieniach stawów skokowego, kolanowego, biodrowego, barkowego czy łokciowego. Są także wybitnie pomocne osobom cierpiącym na przeróżne schorzenia takich części kręgosłupa jak szyjny, piersiowy bądź krzyżowo –lędźwiowy.
2. ZAKRES PRACY
Zakres niniejszej pracy obejmuje badania podstawowe cylindrycznych próbek, utworzonych z materiałów granulowanych, umieszczonych w szczelnej przestrzeni z podciśnieniem oraz badania cyklicznego obciążania prototypu ortezy ortopedycznej.
W badaniach podstawowych skupiono się na wykazaniu istnienia pewnych uniwersalnych związków łączących wartości modułów Younga i umownej granicy plastyczności w funkcji podciśnienia. Na tym etapie przebadano różnej objętości próbki cylindryczne, wypełnione granulatem polistyrenowym przy różnych wartościach podciśnienia panującego w próbce oraz zmiennych prędkościach odkształcenia. Tę część badań przeprowadzono na klasycznej maszynie wytrzymałościowej MTS 809.
W drugim etapie badań, wykorzystując zdobytą we wcześniejszej fazie wiedzę, skupiono się na testach laboratoryjnych prototypu ortezy ortopedycznej. W tym celu wykorzystano specjalistyczne stanowisko badawcze znajdujące się w Instytucie Podstaw Budowy Maszyn Politechniki Warszawskiej.
Wyniki eksperymentów powinny dowieść, że specjalne struktury granulowane są materiałem, który mógłby być wykorzystany przy produkcji inteligentnych (posiadających zmienne i kontrolowalne właściwości) ortez.
Możliwość ciągłej, w pewnym zakresie, zmiany sztywności rozważanego materiału umożliwiłaby zastosowanie specjalnych struktur granulowanych jako sztywnych, półsztywnych oraz elastycznych stabilizatorów zewnętrznych w zależności od zaistniałych potrzeb rehabilitacyjnych.
3. BADANIA
3. 1 Badania podstawowe
Szczegółowy opis przeprowadzonych badań podstawowych, ze względu na brak dostatecznej wiedzy związanej z badaniami specjalnych struktur granulowanych oraz
napotykanych licznych trudności i koniecznych do przyjęcia założeń, został zawarty w pracy [1].
W tym miejscu warto zwrócić uwagę, że zakres testów laboratoryjnych objął badania próbek cylindrycznych o zróżnicowanych średnicach (di=35, 55, 75, 95 i 115 mm), wypełnionych granulatem polistyrenowym w postaci wałeczkowatych ziaren o średnicy około 1 mm i długości 2 mm. Przy badaniach zadbano o stały współczynnik chropowatości wewnętrznej struktury (stosunek objętości granulatu do objętości formy cylindrycznej).
Zakres zadawanych podciśnień zawierał się w przedziale 0,01-0,09 MPa.
Testy jednoosiowego ściskania próbek wykonano na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej MTS 809. Rozważano trzy różne prędkości odkształcenia e&i =(0,0033;
0,046; 0,33 1/s.
Przykładowe wyniki eksperymentalne, przedstawione na trójwymiarowych wykresach obrazujących zmianę charakterystycznego parametru wytrzymałościowego (odpowiednio modułu Younga i umownej granicy plastyczności, definiowanej jako naprężenie towarzyszące odkształceniu plastycznemu próbki wynoszącemu 0,2%) zilustrowano na rys. 1 i 2.
Rys. 1. Zmiany wartości modułu Younga, dla polistyrenu z uwzględnieniem wpływu
objętości próbki badawczej i wartości podciśnienia wewnętrznego
Rys. 2. Zmiany wartości umownej granicy plastyczności, dla polistyrenu z uwzględnieniem wpływu objętości próbki
badawczej i wartości podciśnienia wewnętrznego
Wyraźny jest trend zmniejszania się wartości umownych granic plastyczności w funkcji rozpatrywanej objętości próbek. Jednocześnie obserwuje się wzrost wartości rozpatrywanego parametru dla wyższych wartości parametru podciśnienia (rys. 2).
Zdecydowanie mniej jednoznaczne są wyniki badań eksperymentalnych zamieszczone na rys. 1. Zauważalny jest trend nieliniowego wzrostu wartości modułów Younga próbek struktur granulowanych w funkcji podciśnienia. Trudno zauważyć jednak wyraźny wpływ objętości próbki na otrzymywane wyniki.
Analizując szerzej dane z rys. 1, zauważa się, że do pewnej wartości objętości próbek (ok.
1 dm3), dla pełnego zakresu wytworzonych podciśnień, nie widać wpływu tego parametru na rejestrowane wartości modułów sprężystości wzdłużnej. Jednakże dla największej próbki (V=1,56 dm3) od wartości podciśnienia p=0,05 MPa odnotowuje się spadek wartości eksperymentalnie uzyskanych wartości modułów Younga w stosunku do wcześniej zauważanego trendu. Omawiane zjawisko uwypuklono na rys. 3.
Rys. 3. Zmiany wartości modułów Younga, dla różnych wartości średnic próbek cylindrycznych (odpowiednio 35; 55; 75; 95 oraz 115) i całego zakresu rozważanych
wartości podciśnień
Na tym etapie badań trudno jednoznacznie ocenić przyczynę przebiegu charakterystyki E=f(p) dla największej próbki poniżej pozostałych zależności. Aby wyjaśnić to zjawisko, należy powtórzyć serię badań oraz przeprowadzić podobne doświadczenia dla innego typu materiału granulowanego.
Ciekawostką, zaobserwowaną na rys. 2, jest stosunkowo szybka stabilizacja wartości umownej granicy plastyczności w funkcji objętości próbki. Dokonanie bardziej szczegółowej analizy wygodnie jest przeprowadzić, wykorzystując dane zawarte na rys. 4.
W początkowej fazie charakterystyki k=f(V) (dla próbek o średnicach 35, 55 i 75) zauważalna jest tendencja malejąca zmian przebiegu wartości rozpatrywanego parametru. Od pewnej granicznej wartości objętości (Vst»~1 dm3 – rys. 4) następuje stabilizacja wartości umownych granic plastyczności. Trend ten jest zauważalny dla całego zakresu generowanych podciśnień.
Znajomość progowej wartości objętości próbki badawczej, dla której nie obserwuje się dalszych zmian wartości umownej granicy plastyczności, umożliwia ekstrapolację wyników badań eksperymentalnych, wykonywanych na małych gabarytowo próbkach badawczych na elementy rzeczywiste.
Na rys. 5 i 6 zilustrowano wpływ zadanej eksperymentalnie prędkości odkształcenia próbek granulowanych na wartości ich parametrów wytrzymałościowych.
Z danych przedstawionych na rys. 5 wynika, że parametr prędkości odkształcenia nie ma istotnego wpływu na wartość modułu Younga specjalnych struktur granulowanych.
Jak już wspomniano we wstępie pracy, struktury granulowane w warunkach częściowej próżni zachowują się jak klasyczne materiały lepkoplastyczne. Fakt ten potwierdza rys. 6.
Dla większych wartości prędkości odkształcenia obserwuje się wzrost wartości umownej granicy plastyczności. Szersza analiza wpływu prędkości odkształcenia na zachowanie specjalnych struktur granulowanych została opisana w pracy [1].
Rys. 4. Zmiany eksperymentalnie wyznaczonych wartości umownej granicy plastyczności w funkcji objętości próbki badawczej; zakres podciśnień 0,01-0,09 MPa
Rys. 5. Wpływ wartości prędkości odkształcenia i podciśnienia na eksperymentalnie wyznaczone wartości modułu Younga dla próbki o średnicy d=75
mm
Rys. 6. Wpływ wartości prędkości odkształcenia i podciśnienia na eksperymentalnie wyznaczone wartości umownej granicy plastyczności dla próbki o
średnicy d=75 mm 3.2 Badania prototypów ortez granulowanych
Przed przystąpieniem do badań wytrzymałościowych prototypów ortez utworzonych ze struktur granulowanych, umieszczonych w szczelnej przestrzeni z podciśnieniem, należy przygotować specjalną próbkę materiałową.
Praca jest, jak już akcentowano, próbą opisu właściwości dyssypacyjnych struktur utworzonych z materiałów granulowanych, w aspekcie możliwości ich wykorzystania w kontrolowalnych ortezach ortopedycznych.. Oczywiste więc jest, że jednym z kryteriów poszukiwania optymalnego kształtu i wymiarów próbek rozważanego „materiału”, było wzorowanie się na jej klasycznych odpowiednikach.
Na podstawie wyników badań próbek materiałów zdyspergowanych, badanych w aparacie do prób bezpośredniego ściskania, można wnioskować o właściwościach całego ośrodka. Jest to jeden z argumentów, na którym zostało oparte założenie, że można stworzyć próbkę struktury granulowanej w warunkach podciśnienia, która byłaby reprezentatywna dla tego typu materiałów.
W rozdziałach wcześniejszych zaprezentowano tematykę podstawowych badań specjalnych struktur granulowanych. Doświadczenie zdobyte na wspomnianym etapie pozwoliło na uniknięcie fundamentalnych błędów jakie napotkano w początkowej fazie badań granulowanych konglomeratów ([1-10]).
Uwzględniając wspomniane wyżej doświadczenie, zdecydowano się na budowę próbki o następujących parametrach:
Vst
- kształt walcowy rurowy,
- średnica zewnętrzna D1=115 mm - średnica wewnętrzna D2=70 mm,
- długość pomiarowa próbki L0= 150 mm.
Schemat budowy próbki granulowanej został przedstawiony na rys. 7.
Rys. 7 Schemat i zdjęcie prototypu ortezy granulowanej
Literatura oraz badania własne, dotyczące badań zagadnień pochłaniania i rozpraszania energii, w urządzeniach wykorzystujących jako bazę działania, sterowane podciśnieniem struktury granulowane, jednoznacznie wskazują, iż w przypadkach kinematycznego wymuszenia ruchu najbardziej interesujące i miarodajne dla opisu i analizy tych procesów są charakterystyki ilustrujące zmiany wartości siły działającej na próbkę w zależności od jej odkształcenia przy zmiennych wartościach podciśnienia wewnętrznego. Muszą one być jednak sporządzane w taki sposób, aby została odwzorowana najważniejsza cecha omawianych urządzeń: możliwość ciągłej aktywnej zmiany właściwości sprężysto - lepkoplastycznych specjalnych struktur granulowanych pod wpływem działania, wytwarzanej wewnątrz próbek częściowej próżni.
Do realizacji programu badawczego wykorzystane zostało, skonstruowane wcześniej, na Wydziale Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej, specjalistyczne stanowisko badawcze.
Unikalność, wykorzystanej w niniejszej pracy, skonstruowanej specjalnie dla badań struktur granulowanych bazy badawczej polega na tym, że wykorzystywane stanowiska pozwalają badać opisywane konglomeraty w pełnym zakresie zmienności parametrów konstrukcyjnych.
W dostępnej literaturze, która dotyczy opisu i wyznaczania charakterystyk urządzeń amortyzujących do zamierzonych badań, powszechnie wykorzystywane są standardowe maszyny wytrzymałościowe, a na nich realizowane wymuszenie kinematyczne ruchu. Dzieje się tak ze względu na łatwy dostęp do tego rodzaju urządzeń, gotowej aparatury sterującej, a także ze względu na istnienie gotowego oprogramowania, niezbędnego do rejestracji i obróbki wyników badań. Należy jednak sobie zdawać sprawę z faktu, że możliwości realizacji dużych, a jednocześnie szybkozmiennych przemieszczeń są w takich przypadkach mocno ograniczone.
Oczywiście, wiarygodne wyniki badań otrzymuje się wówczas, gdy są one przeprowadzane w warunkach, które w możliwie wierny sposób odwzorowują ich rzeczywiste warunki pracy. Wykorzystywane w niniejszej pracy do badań stanowiska dobrze spełniają ten podstawowy warunek, między innymi poprzez zapewnienie:
- dowolnych, a więc także dużych wartości przemieszczeń,
- możliwości realizacji obciążeń badanych urządzeń siłami typu uderzeniowego,
- możliwości kinematycznych wymuszeń ruchu przy dowolnej wartości przemieszczenia,
- możliwości dużych częstości zmian obciążeń.
Przystosowanie stanowiska do badań wymagało wykonania wielu dodatkowych prac adaptacyjnych. Polegały one głównie na dostosowaniu zamocowań badanych obiektów do uchwytów stanowisk lub odwrotnie, na doborze i zakupie odpowiedniej klasy i zakresu czujników pomiarowych, realizacji procesu obciążeń, rozwiązaniu wielu problemów sterowania, doborze odpowiedniej aparatury sterującej, rozwiązaniu szeregu problemów związanych z rejestracją wyników itd.
Stanowisko badawcze do wyznaczania charakterystyk specjalnych struktur granulowanych z kinematycznym wymuszeniem ruchu zostało zilustrowane na rys. 8.
Rys. 8. Stanowisko badawcze oraz schemat realizacji wymuszenia ruchu
Prezentowane stanowisko, z oprzyrządowaniem standardowym, pozwala na realizację badań praktycznie dowolnych elementów kształtowych, wykonanych ze specjalnej struktury granulowanej.
Podczas badań eksperymentalnych prototypu ortezy, według tego programu, możliwe jest wyznaczenie wzajemnych zależności takich wielkości jak wielkość pochłaniania i rozpraszania energii w funkcji przemieszczenia, prędkości, podciśnienia, temperatury itp.
Przykładowe krzywe doświadczalne naprężeń w funkcji odkształceń dla prototypu ortezy granulowanej zamieszczono na rys. 9.
Wyniki doświadczalne prób cyklicznego obciążania prototypu ortezy granulowanej potwierdzają możliwość płynnej kontroli jej właściwości fizycznych.
Wraz ze wzrostem wartości częściowej próżni, generowanej wewnątrz prototypu ortezy obserwowano wyraźny wzrost jej makroskopowej sztywności. Zjawisko to jest szczególnie zauważalne w obszarze charakterystyki cyklicznego obciążania próbki (rys. 9) odpowiadającej jej jednoosiowemu ściskaniu. Przykładowo dla podciśnienia 0,01 MPa maksymalne naprężenia ściskające nie przekraczały wartości 50000 Pa, co w zestawieniu z wartością około osiem razy większą, dla podciśnienia 0,09 MPa, pokazuje realne możliwości kontroli globalnych właściwości fizycznych ortez granulowanych.
Charakterystyczne dla tego typu struktur jest zjawisko braku symetryczności charakterystyk, otrzymanych w wyniku cyklicznego obciążania próbek.
Zmiany wartości naprężeń rozciągających, rejestrowane dla rozpatrywanych skrajnych wartości podciśnień (odpowiednio 0,01 i 0,09 MP), przy założeniu takiego samego rodzaju wymuszenia kinematycznego, wykazują zbliżony z poprzednio omówionym przypadkiem rząd wielkości (10000 – 80000 Pa).
Fundamentalną cechą rozpatrywanych struktur jest wyraźny wzrost możliwości rozpraszania energii dla zwiększonych wartości podciśnienia wewnętrznego.
Rys. 9 Przykładowe zestawienie wyników prób jednoosiowego ściskania i rozciągania struktur granulowanych w cyklu zamkniętym w zależności od wartości wytworzonego wewnątrz podciśnienia; próbka wypełniona granulatem PS, amplituda drgań A=7mm,
częstość wymuszenia υ=0,5 Hz
4. PODSUMOWANIE
Choć ortezy ortopedyczne produkowane są przez stosunkowo dużą grupę producentów sprzętu ortopedycznego, niemniej jednak autorzy uważają, że zastosowanie specjalnych struktur granulowanych jako elementu konstrukcyjnego w tym przypadku jest zarówno celowe jak i nowatorskie.
Uzyskane rezultaty eksperymentalne, otrzymane dla prototypu ortezy granulowanej (rys.
9), jednoznacznie potwierdzają możliwość kontrolowanej zmiany właściwości mechanicznych badanych elementów za pomocą parametru podciśnienia. Ta wyjątkowa cecha „aktywnych” ortez sprawia, że w ocenie autora specjalne struktury granulowane w przyszłości mogą zastąpić tradycyjne materiały stosowane do doraźnych usztywnień kontuzjowanych kończyn.
Dzięki specjalnym cechom granulowanych konglomeratów możliwe wydaje się wyjście naprzeciw indywidualnym potrzebom rekonwalescentów. Dodatkową zaletą jest możliwość kontroli stopnia usztywnienia kończyny za pomocą wartości podciśnienia wewnętrznego.
LITERATURA
1. Zalewski R.: Analiza właściwości mechanicznych struktur utworzonych z granulatów umieszczonych w przestrzeni z podciśnieniem. Rozprawa doktorska. Warszawa : Pol.
Warsz., 2005.
2. Zalewski R.: Adaptacja typowych związków konstytutywnych dla stali do opisu właściwości specjalnych struktur granulowanych. „Modelowanie Inżynierskie” 2009, nr 37, s. 265-273.
3. Bajkowski J., Tadzik P.: Wykorzystanie materiałów granulowanych w zwalczaniu drgań i hałasu W: XXVIII Szkoła Zimowa Zwalczania Zagrożeń Wibroakustycznych (materiały w wersji elektronicznej).
4. Bajkowski J., Hać M., Grzesikiewicz W., Landjerit B., Tadzik P.: Modelowanie i badania dyssypacji energii w układach mechanicznych powodowanej materiałami granulowanymi znajdującymi się w zamkniętej przestrzeni z podciśnieniem. Praca statutowa. Warszawa : Inst. Podstaw Bud. Masz. Pol. Warsz., 2001.
5. Bajkowski J., Hać M., Grzesikiewicz W., Landjerit B., Tadzik P.: Wybrane właściwości mechaniczne próbek z materiałów granulowanych umieszczonych w przestrzeni z podciśnieniem W: IV Seminaire Scientifique Franco-Polonais, Ecole Polytchnique de Varsowie 1999 Modelisation et simulation des structures physiques et Techniques, s. 43- 53.
6. Bajkowski J., Hać M., Grzesikiewicz W.: Podstawowe własności wytrzymałościowe próbek z granulatami zamkniętymi w szczelnej przestrzeni i poddanymi działaniu podciśnienia. W: XIX sympozjum PKM, Zielona Góra – Świnoujście, 1999 (materiały w wersji elektronicznej).
7. Zalewski R.: Numeryczna metodyka identyfikacji modelu Chaboche’a na podstawie badań eksperymentalnych specjalnych struktur granulowanych. „Modelowanie Inżynierskie” 2009, nr 38, s. 309-319.
8. Pyrz, M., Zalewski, R.: Modeling of granular media submitted to internal underpressure.
“Mech. Res. Commun.” 2010, 37, 2, p. 141-144.
9. Zalewski R, Pyrz M. Modeling and parameter identification of granular plastomer conglomerate submitted to internal underpressure. “Engineering Structures” 2010, 32, p.
2424_2431
10. Zalewski R.: Constitutive model for special granular structures. “Int. J. Non-Linear Mech.” 2010, 45,3, p. 279-285.
RESEARCH OF MECHANICAL PROPERTIES OF SPECIAL GRANULAR STRUCTURES IN ASPECT OF THEIR APPLICATIONS
IN SELECTED GROUP OF ORTHOPEDIC ORTHESIS
Summary. The present work concerns an initial analysis of experimental results related to research of physical phenomenon typical for special granular structures. The term special granular structures involves a hermetic envelope, filled with granular material and underpressure, generated inside. The main purpose of generating the partial vacuum is to freeze a granular concrete. The major benefit from such a structure is a possibility of controlled change of its global mechanical (rheological) properties with an additional option connected to creating temporary external shapes. Last of mentioned features is particularly interesting form the engineering and medical point of view.
In the paper author focuses on presenting experimental results of selected group of granular materials. The possibility of changing the stiffness (Young’s modulus) of such conglomerates is underlined. Laboratory tests are carried out on pipe type granular probes. A controlling parameter is underpressure which is defined as a difference between an atmospheric pressure, surrounding the envelope, and an internal one.
