Metode și mijloace de analiză a comportamentului ... · Metode pentru determinarea, studiul şi...

- -1

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”

Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”

Titlul proiectului: „Burse doctorale pentru dezvoltare durabila” BD-DD

Numărul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945

Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Universitatea Transilvania din Braşov Şcoala Doctorală Interdisciplinară

Departament: Design de produs, Mecatronică şi Mediu

Ing. Leonard Gabriel MITU

Metode și mijloace de analiză a

comportamentului materialelor din structura

biosistemelor

Methods and techniques for bio-system’s

materials behaviour analysis

Conducători ştiinţifici:

Prof.dr.ing. Ileana-Constanţa ROŞCA

Universitatea Transilvania din Braşov, România

Prof.dr. SANTIAGO Ferrandiz Bou

Unisitatea Politehnica din Valencia, Spania

BRAŞOV, 2013

2

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr. 5964 din 25.07.2013

PREŞEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Olimpiu MUNTEANU

DECAN - Facultatea de Design de Produs şi Mediu,

Universitatea “Transilvania”din Braşov

CONDUCĂTORI ŞTIINŢIFICI: Prof. univ. dr. ing. Ileana Constanţa ROŞCA

Universitatea Transilvania din Braşov

Prof. univ. dr. Ferrandiz Bou SANTIAGO

Universitatea Politehnica din Valencia, Spania

REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. Corneliu MUNTEANU

Universitatea Tehnica “Gheorghe Asachi” din Iaşi

Prof. univ. dr. Juan LOPEZ


Prof. univ. dr. Octavio FENOLLAR


Prof. univ. dr. ing. Luciana CRISTEA

Universitatea Transilvania din Braşov

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 13.12.2013, ora 1400

,

Sala E24 (Căsuţa Solară).

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să

le transmiteţi în timp util, pe adresa [email protected]

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.

mailto:[email protected]

3

CUPRINS Pg.

teză

Pg.

rezumat

Cap. 1. Introducere 19 5

Cap. 2. Stadiul actual al cercetării în domeniul tezei 23 7

2.1. Introducere 23 7

2.2. Materiale utilizate în structura biosistemelor 26 7

2.3. Stadiul actual al cunoaşterii şi cercetării în domeniul comportamentului

materialelor utilizate în structura biosistemelor

46 8

2.4. Metode pentru determinarea, studiul şi controlul comportamentului mecanic şi

termic al materialelor biocompozite

58 9

Cap. 3. Obiectivele tezei de doctorat 63 10

Cap. 4. Metodică de analiză a caracteristicilor anatomice şi biomecanice ale membrului

inferior

67 11

4.1 Introducere 67 11

4.2. Mişcări ale membrului inferior, axe şi planuri spaţiale principale ale mişcării 71 11

4.3. Oasele membrului inferior 74 12

4.4 Articulaţiile membrului inferior 82 14

4.5.Biomecanica mersului 94 16

4.6 Biomecanica alergării 110 17

4.7 Biomecanica alergării şi sprintului la amputaţii de gambă cu proteze sportive 119 18

Cap. 5. Metode de analiză a comportamentului biomaterialelor compozite epoxidice

armate cu fibre de carbon folosite în construcţia lamelelor protetice în formă de

„J”

125 20

5.1 Caracteristici de producţie ale lamelelor „J” 125 20

5.2. Simularea procesului de injecţie prin procedeul RTM cu programul Autodesk

Moldflow Insight 2012®e

129 21

5.3 Studiul teoretic al comportamentului stratificatului epoxi armat cu fibre de carbon 139 28

5.4. Simularea comportării materialului compozit stratificat din rășină epoxi și armat

cu fibre de carbon din construcţia lamelei protetice “J”

149 31

5.5. Metodă de determinare a comportamentului stratificatului compozit epoxi armat

cu fibre de carbon folosit la confecţionarea protezei în condiții normale de

utilizare

162 41

5.6. Interfaţa pentru afişarea rezultatelor privind simularea comportării protezei 166 42

Cap. 6. Metode de determinarea experimentală a proprietăților mecanice ale

biocompozitului stratificat armat cu fibre de carbon și rășină epoxidică folosit

în contrucţia lamelelor protetice în formă „J”

173 46

6.1. Structura etapelor parcurse în cadrul cercetări experimentale 173 46

6.2. Pregatirea epruvetelor 173 46

6.3. Determinarea proprietăților mecanice ale stratificatului compozit la solicitarea de

compresiune

175 46

6.4. Determinarea proprietăților mecanice ale stratificatului compozit la solicitarea de

încovoiere

182 49

6.5. Determinarea proprietăților mecanice ale stratificatului compozit la solicitarea

mecanică dinamică DMA

193 51

6.6. Cercetări experimentale privind determinarea coeficientului liniar de dilatare

termică a stratificatului epoxi armat cu fibre de carbon

200 54

6.7. Concluzii 206 57

Cap. 7. Concluzii finale. Contribuţii originale. Mod de valorificare. Direcţii viitoare de

cercetare

207 58

7.1. Concluzii finale 207 58

7.2. Contribuţii originale 212 59

7.3. Mod de valorificare 214 60

7.4. Direcţii viitoare de cercetare 215 60

Bibliografie selectivă 216 61

Rezumat - 65

Curriculum Vitae - 66

Metode şi mijloace de analiză a comportamentului materialelor din structura biosistemelor Leonard Gabriel MITU

4

CONTENT Pg.

thesis

Pg.

summary

Cap. 1. Introduction 19 5

Cap. 2. Present state of reasearch in the field of thesis 23 7

2.1. Introduction 23 7

2.2. Materials used in biosystems structure 26 7

2.3. Current state of knowledge and research in the behavior of biomaterials 46 8

2.4. Methods for determination, study and control of bio-composite mechanic and

thermal behavior

58 9

Cap. 3. Thesis objectives 63 10

Cap. 4. Analysis metholology of the lower limb anatomical and biomechanical

characteristics

67 11

4.1 Introduction 67 11

4.2. Lower limb movements, axes and spatial plans of the movement 71 11

4.3. Lower limb bones 74 12

4.4 Lower limb joints 82 14

4.5.Biomechanics of gait 94 16

4.6 Biomechanics of the race 110 17

4.7 The biomechanics of the running and the sprint at the leg amputated persons with

sports prosthesis

119 18

Cap. 5. Methods to analyse the behavior of carbon fiber reinforced epoxy composites

biomaterials used in the construction of the J prosthetic blades

125 20

5.1 J blades manufacturing process features 125 20

5.2. Injection process simulation by RTM procedure with Autodesk Moldflow Insight

2012® software

129 21

5.3 Theoretical study of carbon fiber epoxy reinforced multilayered behavior 139 28

5.4. Simulation of layered composite behavior of epoxy resin and carbon fiber-

reinforced of J prosthetic blade

149 31

5.5. Method for determining the epoxy/carbon fiber reinforced composite behavior in

prosthesis normal functional conditions

162 41

5.6. Display prosthesis behavior simulation interface 166 42

Cap. 6. Experimental determination of carbon fiber reinforced multilayered composite

mechanical properties

173 46

6.1. Succession of stages followed in experimental research 173 46

6.2. Preparation of test specimens 173 46

6.3. Determination of multilayered composite material mechanical properties in

compression

175 46

6.4. Determination of multilayered composite material mechanical properties in

bending

182 49

6.5. Determination of layered composite mechanical properties for mechanical

solicitation DMA

193 51

6.6. Experimental researches on linear thermal dilatation coefficient of layered epoxy

composite with carbon fibers reinforced

200 54

6.7. Conclusions 206 57

Cap. 7. Final conclusions. Original contributions. The mode of results capitalizing and

future research directions

207 58

7.1. Final conclusions 207 58

7.2. Original contributions 212 59

7.3. The mode of the capitalizing of the results 214 60

7.4. Future research directions 215 60

Selective biblography 216 61

Abstract - 65

Curriculum Vitae - 66

Rezumatul tezei

5

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

Biomaterialul reprezintă, într-o abordare sistematică şi actuală o substanţă inertă, naturală

sau artificială sau obţinută din combinaţii ale acestor două categorii, ce interacţionează specific

şi relativ cu ţesuturile sau fluidele vii ale organismului în scopul asigurării şi menţinerii sănătăţii

acestuia. Odată cu evoluţia ştiinţei şi tehnologiei biomaterialelor au loc şi îmbunătăţiri însemnate

ale componentelor protetice şi în domeniul componentelor protetice folosite de sportivi amputaţi.

Astfel, se dezvoltă mai multe tipuri de picioare protetice, intre care un pas important îl constituie

realizarea de către firmele de Ossűr şi Otto Back a lamelelor protetice în formă de „J” ce permit

îmbunătăţirea condiţiilor de performanţă a alergării la sportivii amputaţi transtibial, lucru pus în

evidenţă de alergătorul sud african Pistorius la Olimpiada paralimpicilor de la Londra în 2002.

În momentul de faţă sunt cunoscute puţine date privind comportamentul materialelor din

care sunt confecţionate lamelele protetice în formă de „J”, fiind prezentate doar date comerciale

privind forma, dimensiunile de utilizare şi materialul compozit epoxi armat cu fibre de carbon.

Astfel, devine mai mult decât necesar extinderea cercetărilor în vederea analizei sistematice a

structurii şi a comportamentului biomaterialului lamelei protetice sub acţiunea diverselor acţiuni

de natură mecanică şi termică, în timpul utilizării acestora de către sportivii amputaţi transtibial.

Pornind de la aceste consideraţii, teza de doctorat intitulată „Metode şi mijloace de

analiză a comportamentului bio materialelor din structura biostemelor” îşi propune

dezvoltarea unui studiu original, cu potenţial în îmbunătăţirea comportamentului mecanic şi

termic a lamelelor protetice din construcţia picioarelor protetice la sportivii amputaţi transtibial.

Lucrarea este structurată pe 7 capitole, cuprinde 270 pagini, 142 figuri și 41 de tabele. în

care se parcurge gradual subiectul de cercetare ştiinţifică.

Primul capitol: „Introducere” prezintă sistematic motivaţia efectuării lucrării ştiinţifice de

cercetare şi importanţa acesteia pentru factorul uman, în cazul de faţă alergătorii sportivi

amputaţi transtibiali şi protezaţi cu lamele protetice „J”

Capitolul al doilea: „Stadiul actual în domeniul tezei” prezintă sinteza stadiului actual al

cercetărilor privind comportamentul biomaterialelor (metalice, ceramice, polimerice şi

compozite) și metodele de studiu al lor, cu particularizarea biomaterialelor compozite.

Capitolul al treilea: „Obiectivele tezei de doctorat” prezintă punctual obiectivele tezei de

doctorat: studii teoretice, simulare şi experimentale privind comportamentul biomaterialului

stratificat epoxi armat cu fibre de carbon folosit în construcţia lamelei protetice „J”.

În capitolul al patrulea: „Metodică de analiză a caracteristicilor anatomice şi

biomecanice ale membrului inferior” se descriu gradual şi sistematic: sistemele osos şi al

articulaţiilor, biomecanica mersului şi alergării subiectului normal şi la amputaţii de gambă cu

proteze sportive.

Capitolul al cincilea: „Metode de analiză a comportamentului biomaterialelor compozite

epoxidice armate cu fibre de carbon folosite în construcţia lamelelor protetice în formă de J”

cuprinde: simularea RTM a procesului de injecţie a lamelelor „J” (Autodesk Moldflow Insight

2012®), analiza și simularea comportamentului mecanic şi analiza răspunsului termic al

biocompozitului stratificat, metoda de calcul mecanic a compozitului epoxi/fibre de carbon;


6

Capitolul al şaselea: „Metode de determinarea experimentală a proprietăților mecanice

ale biocompozitului stratificat armat cu fibre de carbon și rășină epoxidică folosit în construcţia

lamelelor protetice în formă „J” se referă la testele experimentale pentru determinarea

caracteristicilor mecanice ale biocompozitului stratificat epoxi armat cu fibre de carbon la trei

categorii de încercări: compresiune, încovoiere şi utilizând metoda DMA și determinarea

coeficientului de dilatare termică biostratificatului compozit epoxi armat cu fibre de carbon.

Capitolul al şaptelea: „Concluzii finale. Contribuţii originale. Mod de valorificare.

Direcţii viitoare de cercetare” prezintă concluziile teoretice şi experimentale, elementele de

originalitate valorificarea cercetării şi diseminarea rezultatelor, precum și direcţiile viitoare de

cercetare.

Bibliografia inclusă are un caracter interdisciplinar, ceea ce necesitat, din partea autorului,

cunoştinţe din diverse domenii precum matematica, fizica, chimia, modelare şi simulare şi nu în

ultimul rând noţiuni medicale şi de anatomie.

În primul rând doresc să mulţumesc, în mod deosebit, conducătorilor ştiinţifici ai tezei de

doctorat, prof. univ. dr. ing. Ileana Constanţa Roşca şi prof. univ. dr. ing. Santiago Ferrandiz

pentru contribuţia deosebită la formarea, coordonarea şi ajutorul acordat pe toată perioada

elaborării tezei de doctorat.

Mulţumesc colectivului de profesori: prof. univ. dr. ing. Luciana Cristea, prof. univ. dr. fiz.

Sorin Zamfira, prof. univ. dr. ing. Gheorghe Bejinaru-Mihoc, prof. univ. dr. Lucia Georgeta

Dumitrescu, şef. lucr. dr. ing. Barbu Braun şi doamnei tehnician Ancuţa Puşcariu din cadrul

Departamentului Design de produs, Mecatronică şi Mediu, Universitatea Transilvania din

Braşov.

Mulţumesc domnilor prof. univ. dr. ing. Juan Lopez şi dr. ing. Octavio Fenollar de la

Universitatea Politehnica din Valencia, Spania.

De asemenea, multumesc doamnei conf. univ.dr. ing. Luca Motoc Dana, si domnului dr.

ing. Alin Pop din cadrul departamentului de Stiinta Materialelor, Universitatea Transilvania din

Braşov, pentru ajutorul pe care mi l-au oferit de-a lungul conceperii tezei. Mulţumesc domnului

prof. univ. dr. ing. mat. Sorin Vlase şi domnului prof. univ. dr. ing. Horaţiu Teodorescu-

Drăghicescu din cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică, Universitatea Transilvania din

Braşov, pentru ajutorul dat efectuării cercetărilor experimentale.

Mulţumesc personalului din cadrul Departamentului de doctorate de la Universitatea

Transilvania Braşov pentru conceperea şi buna derulare a programului

POSDRU/107/1.5/S/76945, realizat şi finanţat parţial în colaborare cu Uniunea Europeană.

Multumesc familiei mele pentru devotament si incurajare care mi-au dat putere si m-au

motivat in aceasta munca dificila si prietenilor care m-au sustinut de-a lungul acestei perioade.

Mulţumesc în mod deosebit referenţilor care, cu răbdare şi îngăduinţă, au analizat prezenta

lucrare şi m-au sfătuit astfel încăt, teza de doctorat să prezinte un nivel ştiinţific ridicat.

Nu în ultimul rând, doresc să mulţumesc celor care mi-au fost alături în această perioadă

stimulativă şi dificilă şi tuturor celor care, in mod direct sau indirect, m-au susţinut pe durata

activităţii mele doctorale.

7

CAPITOLUL 2

STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR ÎN DOMENIUL TEZEI

2.1. INTRODUCERE

Cunoaşterea comportamentelor materialelor aflate în structura biosistemelor are ca

,,platformă‟‟ de cercetare, teoretică şi/sau experimentală, triada formată din ştiinţa vieţii (natură)

- ştiinţele inginereşti - ingineria biomedicală. În cadrul acestei triade, ingineria medicală este

ingineria aplicată sănătăţii omului [Sal.09] integrând în acest scop principii ale fizicii,

matematicii, chimiei etc.

Ingineria biomedicală studiază şi realizează un complex şi important produs de sănătate,

destinat clinicii medicale şi recuperatorii, reprezentat prin,,biomateriale şi dispozitive medicale‟‟.

În Uniunea Europeană orice dispozitiv medical este comercializat conform reglementărilor

,,EU Medical Devices Directive 93/42/EEC‟‟ elaborate în 1995 şi actualizate în 1998. În prezent,

dispozitivele medicale trebuie să corespundă reglementărilor ISO 10993 [*ISO.93], ISO/TC 194

[*ISO.94], [Lem.07].

2.2. MATERIALE UTILIZATE ÎN STRUCTURA BIOSISTEMELOR

În structura biosistemelor, se foloseşte o gamă variată de dispozitive medicale, implanturi,

plăci osteosinteză, şuruburi endoosoase, instrumentare medicale etc. construite din materiale

numite generic biomateriale. Aceste materiale sunt întâlnite într-o gamă foarte variată deter-

minată de cerinţele funcţionale, de tehnologiile de procesare, costurile de utilizare etc. [Lah.10].

În funcţie de cerinţele de ordin medical, funcţional, de protecţie a organismului etc. impuse

biomaterialului, sau dispozitivului medical, în care biomaterialul este integrat într-o formă

prelucrată finală, se efectuează optimizarea comportării în ,,condiţii reale de utilizare a

biomaterialului‟‟ [Pop.08], acţionându-se asupra triadei natura/compoziţia – structura – proprie-

tăţile biomaterialului, cu randament maxim, realizat la un preţ de cost minim. În literatura din

domeniu [Wil.92], [Ryh.99], se prezintă o definiţie ,,oficială‟‟ a ştiinţei biomaterialelor: ,,studiul

şi cunoştinţele privind interacţiunea între materialele vii şi materialele nevii‟‟.

În ştiinţa biomaterialelor, se folosesc, după Konttinen [Kon.13], Bulancea [Bul.12], Park şi

Bronzino [Par.07], Grøndahl [Gro.04], diverse criterii de clasificare a biomaterialelor:

1. natura şi compoziţia chimică;

2. comportarea biomaterialului în raport cu ţesutul şi mediul înconjurător;

3. natura ţesutului la a cărui refacere participă biomaterialul;

4. forma de prezentare a biomaterialului;

5. structură etc.,

dintre care sunt folosite, [Kon.13], [Bul.12], [Par.07], [Won.07] [Dom.06], [Mit.12.b] cel mai

mult, două criterii de bază ce permit un grad ridicat de generalizare a tipurilor acestor materiale:

provenienţa sau originea şi natura chimică, care este criteriul cel mai folosit.

În baza acestor două criterii, biomaterialele sunt împărţite în următoarele cinci principale

categorii: 1. metalice; 2. ceramice; 3. polimerice; 4. compozite; 5. altele.


8

În aplicaţiile medicale este important răspunsul tisular al organismului în contact cu

biomaterialul care guvernează împărţirea biomaterialelor în categoriile: [Hen.04], [Kon.13]:

- materiale (aproape) bioinerte, cu o slabă interacţiune cu ţesuturile adiacente;

- materiale bioactive (reactive chimic) cu suprafaţa ţesutului - favorizează chimic formarea

de legături (lipiri) cu ţesutul osos sau, în unele cazuri, cu ţesutul moale;

- materiale degradabile sau bioresorbabile care sunt absorbite uşor de organism sau sunt

dizolvate şi înlocuite complet de ţesuturile adiacente, os sau piele, după un anumit timp.

Aplicaţiile medicale actuale ale biomaterialelor metalice cuprind trei principale domenii:

1-ortopedia; 2- chirurgia; 3-. Stomatologia. Ele sunt folosite pentru fabricarea de implanturi,

plăci, seringi hipodermice, sterilizatoare, mese de lucru etc. Pentru formarea de aliaje, se

folosesc metale precum fierul Fe, cromul Cr, cobaltul Co, nichelul Ni, titanul Ti, niobiul Nb,

molibdenul Mo, tantalul Ta, tungstenul W, care în marea lor majoritate sunt tolerate de corpul

uman dar numai în cantităţi mici [Bal.07].

Biomaterialele ceramice sunt folosite într-o largă gamă de aplicaţii medicale, concretizat

prin: [Koh.09]: înlocuirea ţesuturilor vii mineralizate, înlocuirea articulaţiilor, sau fixarea unui

implant de os. În momentul de faţă, biomaterialele ceramice sunt clasificate în funcţie de:

bioactivitatea cu mediul biologic tisular, densitate/porozitate, caracteristicile materialului și de

tipul aplicaţiei medicale.

Materiale polimerice sintetice. Prin definiţie [Wei.10], [*Pol.11], se numeşte polimer o

macromoleculă organică sau anorganică formată prin înlăturarea repetată a unei (unor) unităţi

fundamentale numit(e) monomer(i), legaţi prin legături covalente, numărul lor dintr-o

macromoleculă definind gradul de polimerizare. În aplicaţii medicale, polimerii trebuie sa

îndeplinească cerinţe fizico-mecanice, chimice, biocompatibilitate etc.

2.3. STADIUL ACTUAL AL CUNOAŞTERII ŞI CERCETĂRII ÎN DOMENIUL

COMPORTAMENTULUI MATERIALELOR UTILIZATE ÎN STRUCTURA

BIOSISTEMELOR

Cunoaşterea concretă a folosirii biomaterialului în cadrul unei aplicaţii sau patologii

medicale are la bază comportamentul şi cerinţele funcţionale impuse dispozitivului medical,

implantului etc., cât şi cee impuse de metodica de tratament a patologiei medicale concrete.

Pentru ca un material să poată fi omologat drept biomaterial trebuie să răspundă unor cerinţe

reprezentate prin proprietăţi ce interacţionează reciproc printr-o acţiune sistemică și sunt

determinate de caracteristicile mecanice, biologice şi fizice ale biomaterialului.

Comportamentul mecanic al biomaterialelor este caracterizat de modul şi limitele în care

variază valorile proprietăţilor mecanice ale acestora sub acţiunea unor sarcini exterioare: aceste

sarcini decurg din condiţiile de utilizare ale biomaterialelor acestora într-o aplicaţie medicală.

Comportamentul chimic Formal, conform literaturii din domeniu [Pop.01], [Pop.08],

proprietăţile chimice ale biomaterialului caracterizează mecanismul prin care aceasta

interacţionează chimic cu ţesuturile vii la suprafaţa de contact sau se transformă chimic. În

această abordare, procesul de coroziune, pe scurt coroziunea, se defineşte, după Bahije [Bah.11],

ca fiind procesul de interacţiune dintre biomaterialul aflat în contact cu mediul biologic şi în

urma căruia are loc o pierdere de substanţe, o schimbare a caracteristicilor sau o pierdere de

Rezumatul tezei

9

integritate structurală. În acest context se evidenţiază particularitatea corpului uman de a fi un

mediu foarte agresiv chimic datorită fluidului tisular care conţine apă, oxigen dizolvat, proteine

şi diferiţi ioni, hidroxid şi clorid [Pop.01].

Procesul de degradare a unui biomaterial, aflat în mediul biologic în care funcţionează,

este complex fiind determinat de factori de natură: mecanică (solicitări statice şi/sau dinamice,

procese de contact între suprafeţe sintetice) şi/sau biologică (coroziune; bioabsorbabile şi

bioresorbţie; procese de uzare; procese tribocoroziune; procese de degradare prin umflare şi/sau

explodare etc.)

Comportamentul termic al biomaterialelor trebuie analizat din două direcţii: 1-

proprietăţile termice ale biomaterialelor caracterizează comportarea acestora în cadrul unei

aplicaţii medicale; 2- proprietăţile termice ale biomaterialelor în cursul proceselor tehnologice de

tratamente termice necesare fabricării componentei medicale pentru o aplicaţie medicală.

Biocompatibilitatea este legată inerent de contactul dintre un sistem tehnic şi un sistem

biologic. Există o formulare acceptată în literatura de specialitate conform căruia

biocompatibilitatea constituie (Williams, 1987) capacitatea unui material de a funcţiona în

cadrul unui dispozitiv medical specific, producând o reacţie corespunzătoare în organismul

gazdă. Se disting două principale tipuri de biocompatibilitate [Pop.08]: structurală (definită prin

ansamblul interacţiunilor dintre proprietăţile structurii biomaterialului şi cele ale sistemului

biologic) și a suprafeţei (desemnează ansamblul interacţiunilor dintre proprietăţile structurii

biomaterialului şi cele ale sistemului biologic la nivelul topografiei biomaterialului şi al chimiei

dintre biomaterial şi celulele corpului învecinate acestuia) [mit.12].

2.4. METODE PENTRU DETERMINAREA, STUDIUL ŞI CONTROLUL

COMPORTAMENTULUI MECANIC ŞI TERMIC AL MATERIALELOR

BIOCOMPOZITE

Materialele sunt foarte diverse din punct de vedere a compoziţiei chimice, a

comportamentului, proprietăţilor de suprafaţă, prelucrabilităţii [Mit.12.a], [Mit.13], [Mit.13.a],

[Bej.10], [Bej.11] etc. În aceste condiţii au fost elaborate numeroase metode şi mijloace pentru

studiul proprietăţilor acestora. Aceste metode pot fi clasificate în funcţie de următoarele

principale criterii: scopul cercetării; principiul de măsurare; informaţia furnizată; gradul și modul

de acţionare a solicitării;

În cazul evaluării actuale a comportamentului mecanic al materialelor biocompozite

stratificate cercetările sunt direcţionate asupra următorilor factori: proprietăţile fibrelor de

armare, proprietăţile materialului folosit drept matrice, conţinutul de fibre, orientarea fibrelor etc.

Pentru a putea compara între ele modul de comportare a materialelor la diverse acţiuni,

încercările trebuie făcute în aceleaşi condiţii standardizate.

10

CAPITOLUL 3

OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT

Proiectarea structurilor din materiale compozite şi prin urmare a celor din domeniul

biomedical comportă o atenţie deosebită care vizează cunoaşterea comportării acestora în

condiţii de exploatare funcţională, identificarea şi cuantificarea principalilor factori de influenţă

suplimentar problematicilor specifice mediului de proiectare, în vederea asigurării unei tranziţii

rapide spre fabricare şi/sau unei corelări cu tehnologiile de fabricare. Iniţierea prezentei teze de

doctorat se datorează unei cerinţe profund umane: redarea posibilităţilor de mişcare şi de alergare

a persoanelor amputate, cu personalizare, transtibial. Astfel, componentele lamelelor protetice

„J” trebuie sa confere o folosire comodă, durabilă, cu performanţe funcţionale cât mai apropriate

de cele ale piciorului natural.

Scopul principal al tezei de doctorat vizează dezvoltarea unui concept integrat de analiză a

unui element ortotic confecţionat dintr-un material compozit polimer armat cu fibre din carbon

cu o anumită arhitectură, care să includă aspecte particulare ale proceselor de fabricaţie,

proprietăţilor de material şi structurale ale unor sisteme biomecanice performante.

Pentru atingerea acestui ţel s-au stabilit pentru teza de doctorat patru obiective majore.

Primul obiectiv - realizarea unui studiu sistemic şi actual al structurii şi comportamentului

biomaterialelor din cadrul biosistemelor:

studiul biomaterialelor utilizate: tipuri, structură, proprietăţi, domeniul de utilizare;

studiul comportamentului mecanic, chimic, termic al biomaterialelor şi abordarea sistemică

a procesului de degradare a biomaterialului;

determinarea comportamentului mecanic şi termic al biomaterialelor compozite.

Al doilea obiectiv - elaborarea unei metode de analiză anatomică şi biomecanică a

membrului inferior:

studiul sistematic şi sintetic al sistemelor osos şi a articulaţiilor membrului inferior;

biomecanica mersului şi alergării în cazul persoanei normale anatomic;

biomecanica alergării şi sprintului la amputaţii transtibiali purtători de proteze sportive;

Al treilea obiectiv - elaborarea de metode teoretice de analiză a comportamentului bioma-

terialelor compozite epoxidice armate cu fibre de carbon din construcţia lamelelor protetice „J”:

simularea injecţiei lamelei J prin procedeul RTM;

studiul teoretic privind comportamentul mecanic şi termic al compozitului stratificat epoxi

cu fibre de carbon cu fibre de carbon armat;

efectuarea unei simulări a comportamentului mecanic al stratificatului epoxi armat.

Al patrulea obiectiv - elaborarea de metode noi şi performante de determinare

experimentală a comportamentului mecanic la compresiune, încovoiere şi analiza DMA-

Dynamical Mechanical Analysis precum şi a comportamentului termic al compozitului stratificat

epoxi armat cu fibre de carbon.

11

CAPITOLUL 4

METODICĂ DE ANALIZĂ A CARACTERISTICILOR ANATOMICE

ŞI BIOMECANICE ALE MEMBRULUI INFERIOR

4.1 INTRODUCERE

Corpul uman este considerat [Ola.98] ca fiind un sistem biologic deschis alcătuit dintr-o

serie de subsisteme reprezentate de formaţiuni anatomice, aparate, organe, ţesuturi, celule etc.

Formaţiunile anatomice sunt reprezentate prin: cap, gât, trunchi şi membre compuse din

membrele superioare şi membrele inferioare.

Mişcările corpului uman cât şi cele ale componentelor acestuia sunt realizate de către un

aparat anatomic al corpului, specializat în acest sens, numit aparatul locomotor. Acesta este

format din oase, articulaţii, muşchi şi ligamente. Aparatul locomotor poate fi divizat la nivelele

componentelor corpului, deci şi la nivelul membrului inferior.

Oasele sunt considerate corpuri geometrice definite prin lungime, lăţime si grosime. Din

punct de vedere al compoziţiei, osul este un material compozit natural ce este constituit dintr-o

fază rigidă reprezentată de hidroxiapatita HA și o matrice flexibilă, colagenul.

Într-o reprezentare sistemică, (sub)sistemul osos al scheletului membrului inferior este

format din două principale subsisteme osoase [Lep.07], [Pap.74], [Art.03], [Alb.98]: subsistemul

bazinul sau pelvisul osos şi subsistemul membrul liber, format la rândul lui din oasele coapselor

reprezentate de femur şi patelă, oasele gambelor, reprezentate de tibie şi peroneu (fibulă), oasele

picioarelor şi oasele degetelor.

Articulațiile constituie totalitatea elementelor anatomice prin care oasele sunt îmbinate

între ele prin mijloace anatomice şi au posibilitatea de a realiza mişcări funcţionale între ele.

Caracteristicile şi structura anatomică a unei articulaţii este determinată prin mişcările pe care le

permit oaselor din structura lor [Pap.74]. Articulațiile pot fi clasificate [Ola.98], [Bac.81] în

funcţie de trei criterii: gradul de mobilitate, gradul de libertate a mișcărilor, modul de

conducere a mişcării în articulaţie:

Sistemul muscular (componenta activa a sistemului locomotor) cuprinde muşchii scheletici

adică muşchii striaţi ce se fixează pe oasele scheletului membrului inferior si anexele lor -

tendoanele si bursele seroase. [Pap.74], [Bac.81]. În funcţie de poziţia lor topografică, la

membrul inferior se întâlnesc patru mari grupe de muşchi [Bac.77], [Dro.12], [Dja.07]: muşchii

bazinului, muşchii coapsei, muşchii gambei şi muşchii piciorului.

4.2 MIŞCĂRI ALE MEMBRULUI INFERIOR, AXE ŞI PLANURI SPAŢIALE

PRINCIPALE ALE MIŞCĂRII

Din punct de vedere al mecanicii solidului, corpul uman este considerat un corp

tridimensional amplasat în spațiu. Pentru definirea poziţiei, a mişcărilor cât şi a direcţiilor

spaţiale ale acestuia, se folosesc axe şi plane principale de referinţă şi termeni specifici de

direcţie şi poziţie, având drept punct de plecare poziţia anatomică normală PAN a corpului

uman, respectiv poziţia ortostatică [Ola.98]. Astfel, prin corpul uman se trasează trei axe


12

(sagitala, transversala, verticala) și trei planuri imaginare (frontal, sagital; transversal) spațiale

care se întretaie în unghi drept, fiecare plan fiind dus prin câte două din aceste axe:

Fig. 4.6. Mișcări și unghiuri de mișcare la membrul inferior în timpul mersului.

Din punct de vedere biomecanic, membrele și segmentele corpului uman pot efectua

diverse mișcări în condiţiile în care planul mişcării este întotdeauna perpendicular pe axul

mişcării, care poate fi un ax biomecanic sau un ax articular [Avr.13], [Dja.07]. În jurul aceluiaşi

ax şi în acelaşi plan se pot efectua întotdeauna două mişcări de sens opus, care au următoarele

reprezentări [Ola.98], [Avr.13] (Fig.4.6): flexia şi extensia; abducţia şi adducţia; mişcări de

rotaţie internă sau externă. Mişcările de rotaţie particulare care au loc la nivelul antebraţului şi al

piciorului sunt denumite pronaţie şi supinaţie; circumducția. Mişcările efectuate în cadrul

articulaţiei de către un segment al corpului sunt caracterizate prin rangul (amplitudinea) mişcării

care exprimă valoarea maximă a deplasării (Fig. 4.6).

4.3 OASELE MEMBRULUI INFERIOR

Bazinul osos sau pelvisul osos reprezintă o formaţiune osoasă complexă, situată în josul

abdomenului, care face legătura dintre coloana vertebrală (susţine coloana vertebrală) şi

membrele inferioare în plan vertical, fiind poziţionat între coloana vertebrală şi membrele

pelviene. Pelvisul osos este format din bazinul mare (abdominal) şi din bazinul mic (canalul

pelvin). Bazinul are configuraţia generală sub forma unui trunchi de con, având baza mare

poziţionată în sus şi baza mică în jos. Este format din trei formaţiuni osoase [Bac.81], [Pap.74],

[Ant.86], [*Ana.12] (Fig. 4.7): 1. două oase laterale şi simetrice numite oase coxale sau oase

iliace (osul iliac stâng şi osul iliac drept); 2. sacrul; 3. coccisul.

Fig. 4.7. Anatomia bazinului, după [Pap.74], [*Mem.13].

Rezumatul tezei

13

Oasele coxale sunt articulate în partea inferioară prin articulaţia numită simfiza pubiană și

în partea posterioară prin articulaţia sacro-coccigiană a coloanei vertebrale (Fig. 4.7). Osul sacru

este un os median şi posterior de formă aproximativ triunghiulară, cu baza orientată superior.

În ordinea descrierii componentelor membrului inferior, pornind de la bazin spre picior,

coapsa constituie prima pârghie importantă ale membrului inferior. Scheletul acesteia este

constituit dintru-un singur os unic, femurul (Fig. 4.9). Este un os lung, pereche şi nesimetric,

îndreptat oblic de sus în jos şi latero-medial. Femurul este cel mai voluminos os al corpului , cel

mai lung (de la 40 de cm până la 50 de cm), cel mai greu și rezistent, caracteristici anatomice

care indică valorile ridicate ale solicitărilor statice și dinamice care acționează asupra lui. Pe

schelet [Bac.81], femurul se articulează în partea superioară cu osul coxal (la nivelul șoldului),

iar în partea inferioară, la genunchi, cu tibia și patela. Din punct de vedere anatomic, femurul

prezintă un corp (diafiză) și două extremități: superioară și inferioară.

a) b) c) d)

Fig. 4.9. Femurul, în vedere : a- anterioară; b- posterioară; c- medială, după [Lep.07], [*Fem.12].

a) b) a) b)

Fig. 4.11. Tibia și fibula (peroneul) în vedere: ante-

rioară (a); posterioară (b) ([*Atl.08], [*App.13]).

Fig. 4.13. Oasele piciorului drept, vedere: frontală

(a); laterală (b), după [*Atl.08].


14

Formaţiunea anatomică gamba constituie segmentul ce leagă coapsa de picior. Este, după

coapsă, a doua pârghie însemnată a membrului inferior. Are scheletul alcătuit din două oase

tubulare lungi [Bac.77], [Bac.81], tibia și fibula (peroneul) care sunt unite în lungul corpurilor de

o membrană interosoasă tibioperonieră [Bac.81] (Fig. 4.11). Tibia este un os voluminos, lung şi

pereche, cu direcţie verticală, situat la partea antero-internă a gambei. Prin intermediul tibiei se

transmit, în poziţie ortostatică, tensiunile de presiune de la femur la picior.

Piciorul constituie după coapsă şi gambă a treia pârghie principală a membrului inferior

[Ola.98], [Bac.81]. Face legătura anatomică dintre corp şi sol, deci asigură contactul cu solul, şi

participă la un ansamblu complex de acţiuni biomecanice ale corpului corespunzătoare bipedei.

Are o structură anatomică complexă şi bine adaptată funcţional, îndeplinind în acest scop două

principale funcţii: de susţinere a corpului; realizarea de către corp a mişcării de locomoţie.

4.4 ARTICULAŢIILE MEMBRULUI INFERIOR

Articulaţiile bazinului. Oasele bazinului osos, reprezentate prin cele două oase coxale,

sacrul şi coccisul sunt solidarizate prin următoarele articulaţii, (Fig.4.15): articulațiile sacro-

iliace, dreapta şi stânga, situate în partea posterioară şi mediană a bazinului; articulaţia osului

sacral cu coloana vertebrală, fără importanţă funcţională; articulaţia simfiza pubiană. Oasele

coxale sunt fixate [Pap.74] de coloana vertebrală prin ligamentele iliolombare şi pe părţile

laterale ale sacrului şi coccisului cu ajutorul ligamentelor sacroischiale, reprezentate prin

ligamentele sacrotuberal şi sacrospinos.

Articulaţia şoldului cuprinde [Ver.12], [Pap.74]: articulaţia coxofemurală, muşchii motori

şi stabilizatori şi un sistem complex vascular-nervos. Articulaţia coxofemurală uneşte trunchiul

cu membrul inferior, pe care îl orientează în toate direcţiile spaţiului. Este o articulaţie sferoidală

tipică, o enartroză, cu trei grade de libertate (rotații), ce are o importanţă deosebită în statică şi

locomoţie, oferind totodată maximum de stabilitate şi de mobilitate. Este situată pe fața externă a

osului iliac, orientată în afară, înainte şi în jos, având un diametru de aproximativ de 60 mm.

Articulaţiile coxofemurale îndeplinesc următoarele principale funcţiuni [Ant.86]: 1. reprezintă

zona în care bazinul transmite greutatea corpului membrelor inferioare; 2. constituie centrul în

jurul căruia bazinul poate realiza unele mişcări modificându-şi poziţia; intervin în stabilitatea şi

mobilitatea mersului.

Fig. 4.15. Articulaţii la nivelul centurii pelviene, după [Rad.09], [Dru.11].

Rezumatul tezei

15

Articulaţiile gambei. Cele doua oase ale gambei, tibia si peroneul (Fig.4.11) se articulează

între ele la nivelele epifizelor superioare și respectiv a celor inferioare formând două articulaţii:

articulaţia tibio-fibulară superioară și respectiv articulaţia tibio-fibulară inferioară. Articulaţia

tibio-fibulara superioare este o artrodie caracterizată prin [Pap.74], [Bac.77]: suprafețele

articulare (fața posterioară a tuberozităţii externe a epifizei superioare a tibiei și fața internă a

capului peroneului, plate și acoperite de un cartilaj hialin); 2 - o capsulă fibroasă întărită de doua

ligamente (anterior al capului fibulei și posterior al capului fibulei) care are rolul de a menţine în

contact cele două suprafeţe articulare si o sinoviala care căptușește fața interioară a manşonului.

Fig. 4.22. Scheletul osos al articulaţiei genunchiului: a- vedere anterioară; b- vedere posterioară, după

[Dru. 11].

Articulaţia genunchiului. Genunchiul constituie segmentul mobil al scheletului

membrului inferior (Fig. 4.3) care leagă coapsa de gambă [Bac.77]. Scheletul genunchiului este

alcătuit din (Fig. 4.22) epifiza inferioară a femurului (cap. 4.3.2), epifizele superioare ale tibiei și

peroneului și din rotulă sau patela, care este un os scurt, situat la față anterioară a genunchiului.

Genunchiul este descris ca fiind o articulație cu un singur grad de libertate respectiv o

singură mișcare principală constituită din două mișcări: flexia și extensia gambei pe coapsă

[Bac.81], [Sed.08], [Ant.86], [*Les.13]. Pe lângă aceste mișcări genunchiul poate descrie în

secundar, și alte mișcări de rotație și de alunecare înainte-înapoi [Dru.11], [Rad.09], [Sed.08],

[Ant.86] (Fig.3.23).

Fig.4.23. Mișcări efectuate în articulația genunchiului, după [Dru.11].

Articulaţia gleznei. Glezna articulează segmentul gambei de segmentul piciorului, suportă

toată greutatea corpului fiind totodată și punctul de întâlnire dintre axa verticală a corpului și axa

orizontală a piciorului și respectiv a solului [Pap.74], [Bac.77], [Lav.07], [Lab.12]. Din punct de

vedere biomecanic [*Che.12] articulația talo-crurală (ginglim între talus, tibie,și fibulă) este


16

descrisă împreună cu articulația subtalară (talo-calcaneană) ce unește talasul cu osul calcaneu.

Această abordare are în vedere complexul articular al gleznei și piciorului care posedă mișcări în

cele trei plane de referință [Dru.11]: flexia dorsală, flexia plantară, abducția, adducția,

circumducția, supinația și pronația.

Fig. 4.25. Schema ansamblului gleznă-picior [*Che.12].

4.5.BIOMECANICA MERSULUI

Locomoția este definită în principal ca o modificare în timp a coordonatelor mișcării unui

corp sau vertebrat, asigurată de scheletul intern și de musculatura puternică ce acționează

scheletul. Corpul uman poate efectua, în întregime sau numai cu anumite segmente ale lui,

mișcări în spațiu care pot fi simple sau complexe, desfășurate sub trei principale forme: mișcările

de locomoție, mișcări de rotație și mișcări combinate. Mișcările sunt efectuate de musculatura

corpului dispusă în jurul articulațiilor în două principale grupe: mușchii agonişti și mușchi

antagoniști.

Fig. 4.32. Reprezentarea ciclului mersului, după [Vie.00].

Mersul are ca unitate funcţională de mişcare pasul dublu. Acesta este compus din

ansamblul mişcărilor ce se efectuează între două sprijiniri succesive ale aceluiaşi picior [Ifr.78].

Fizic este reprezentat de distanţa dintre punctul de contact cu solul al călcâiului unui picior şi

Rezumatul tezei

17

punctul de contact următor al aceluiaşi picior [Rad.09], măsurată în lungul axei antero-posterior.

Convenţional se consideră ca element de referinţă ciclul de mers al membrului inferior drept

[Lep.07]. Pasul dublu este format din doi paşi simpli succesivi. Un pas simplu este exprimat prin

distanţa dintre punctul de contact cu solul al unui picior şi punctul de contact al celuilalt picior

în timpul sprijinului bilateral. Ciclul de mers este descris de faze de mişcare care se înlănţuiesc şi

se repetă [Lep.07], [Bac.77] (Fig. 4.32).

În scopul evaluării mersului trebuie parcurse trei faze [Fai.03]:

- faza de observare directă prin observatori experimentali, global, relativ sau direcționată;

- faza de descriere a datelor obţinute prin cronometrare, vizualizare video etc.;

- faza de analiză biomecanică compusa din [Fai.03], [Oli.08], [Lep.07], [Gil.04]: parametrii

spaţio-temporali; parametrii cinematici; parametrii dinamici; parametrii energetici etc.

În cazul locomoţiei bipede, parametrii spaţio-temporali ai mersului sunt în mod curent

analizaţi deoarece caracterizează în mod global mersul. Cei mai principali parametrii sunt

[Rad.09], [Fai.03]: lungimea pasului, lăţimea pasului, frecvenţa pasului şi urma plantei pe sol.

Parametrii cinematici. În esență, cinematica mişcării descrie sau cuantifică mișcarea în

termeni de oscilații (mici deplasări), viteze, accelerații cât şi evoluțiile unghiulare ale diferitelor

articulații ale membrelor inferioare antrenate in mișcare [Ded.81].

Analiza biomecanică a mersului a arătat ca mersul constituie o mișcare continua ce prezintă

însă şi un ansamblu de oscilații. Astfel, [Bac.77], [Ifr.78] pe durata mersului deplasarea corpului

respectiv a centrului lui de greutate a corpului nu este rectilinie iar centrul de greutate a corpului

execută o serie de oscilații verticale, oscilaţii laterale, oscilații înainte si înapoi, deci are o

traiectorie sinusoidală în planul de înaintare.

Parametrii cinetici. Analiza funcţionării articulaţiilor (şoldului, genunchiului, gleznei şi

piciorului) are la baza relaţia fundamentală a dinamicii ce exprimă proporţionalitatea ce se

stabilesc între forţele şi momentele ce intervin în procesul mersului şi acceleraţiile lineare şi

unghiulare reprezentate [Ola.98]. Forţa de reacţie a solului pe picior, are un rol însemnat în

modelarea membrului inferior folosind metoda dinamici inverse [Rad.09]. Are o reprezentare

specifică în cazul fazei de sprijin a mersului

4.6 BIOMECANICA ALERGĂRII

Alături de mers, alergarea este un mijloc natural de locomoţie a corpului omenesc în

spaţiu. Prezintă următoarele principale caracteristici [Ifr.78], [Sas.06]:

- este o formă de deplasare ciclică ce permite o deplasare mai rapidă a corpului uman;

- ca şi la mers, alergarea este determinată de interacţiunea forţelor interne cu forţele externe;

- din punct de vedre biomecanic, are loc prin o proiectare aeriană a corpului, în timpul

mişcării de translaţie, realizată consecutiv cu trecerea alternativă (succesivă) a unui membru

inferior înaintea celuilalt. Alergătorul are un contact periodic cu solul realizat numai pe câte un

picior materializata prin faza de sprijin unipodal, la alergare corpul uman înaintează în mişcarea

de translație printr-o succesiune de sărituri numite faze de zbor, alternate cu perioade de sprijin

unipodal [Lou.12.a], [Ifr.78]. Din biomecanica alergării se constată ca cele două membre

inferioare, stâng şi respectiv drept, îndeplinesc succesiv, două funcţii de bază: sprijin unipodal şi


18

funcţia de zbor sau oscilare. În aceste condiţii, alergarea are două faze sau perioade de bază

[Dug.05], [Ifr.78], [Bac.11]: faza de sprijin în care contactul alergătorului cu solul poate avea loc

pe: călcâi; talpa piciorului; vârfurile degetelor etc. şi faza de zbor, pe durata căreia alergătorul nu

are nici un punct de contact cu solul, cand alergătorul nu poate avea nici o acţiune motrică iar

centrul de greutate descrie o traiectorie supusa gravitaţiei.

Fig. 4.42. Comparaţii între fazele ciclului la : a- mers; b- alergare, după [Õun.94].

Ca şi în cazul mersului, alergarea poate fi analizată cu ajutorul următorilor categorii de

parametrii: 1. parametrii spatio-temporali; 2. parametrii cinematici; 3. parametrii cinetici.

Principalii parametrii spaţio-temporali sunt reprezentați ([Lou.12], [Dug.05], [Ifr.78]) de

pasul alergător; pasul alergător dublu; viteza cursei; amplitudinea, cadența, timpul de zbor sau

timpul fuleului tf [Maz.12], timpul fazei de sprijin ts, raportul dintre timpul ts si timpul tf .

Parametrii cinematici. Cinematica alergării este influenţată de doi principali factori

[Bie.07]: 1. caracteristicile si numărul fazelor ciclului de alergare; 2. viteza de alergare.

Din punct de vedere a cinematicii şi eficienţei alergării, prezintă importanţă, teoretică şi

practică, studiul comportamentului centrului de greutate a corpului cât şi a mişcărilor efectuate

de componentele membrului inferior în timpul fazei de sprijin şi a fuleului. Astfel, s-a evidențiat

([Bac.77], [Bla.12], [Lou.12.a], [Dug.05]) ca şi la alergare centrul de greutate se deplasează

sinusoidal în cadrul fazelor de sprijin și de fuleu.

Parametri cinetici. Ca și în cazul mersului, parametrii cinetici la alergare sunt:

1. forța de reacție a solului, componenta orizontala și respectiv verticală;

2. deplasarea verticală a centrului de greutate a corpului;

3. rigiditatea membrului inferior.

4.7 BIOMECANICA ALERGĂRII ŞI SPRINTULUI LA AMPUTAŢII

DE GAMBĂ CU PROTEZE SPORTIVE

Amputaţia transtibială sau amputaţia la nivelul gambei este o intervenţie chirurgicală prin

care se îndepărtează, sub genunchi, o porţiune din gambă la unul sau la ambele membre

inferioare. În cazul amputaţiei transtibiale standard, nivelul de elecţie al amputaţiei este de 12-19

cm. Prin amputare, pacientul nu mai are, o parte din tibie şi peroneu, piciorul şi glezna iar

muşchii şi ligamentele gambei, grupaţi în jurul tibiei şi peroneului sunt secţionaţi în dreptul

Rezumatul tezei

19

secţiunii de amputaţie. Persoana amputată transtibial poate să-şi continue activităţile diverse, de

la locul de muncă, de acasă, din domeniul sportiv etc. dacă apelează la o proteză. Evident că

aceasta nu se ridică la nivelul de funcţionalitate şi estetică precum membrul inferior biologic. În

domeniul protezării membrelor inferioare, amputate transtibial, se pot utiliza [Voi.12]: proteze

cu o construcţie simplă (proteză Sach, proteză All Terrain Foot etc.), proteze cu înmagazinare şi

eliberare de energie, proteze cu reglarea unghiului dintre talpa şi tijă, proteze bionice.

Fig. 4.51. Proteza Flex-foot Cheetah: pe picior (a); cu conector laminat (b); cu conector pilon (c), [*Lep.13].

Inovarea tehnologică din domeniul biomaterialelor şi a biomecanicii are ca efect şi

construcţia de proteze sportive pentru amputaţii transtibiali sportivi din domeniul atletismului:

alergare şi sprint [Pri.12]: sport prothesis feet, Springlite sprinter [*Pro.08], Flex-Foot Cheetah,

Flex-SprintTM

, Flex-RunTM

. Piaţa mondială ete dominată de protezele Flex- Sprint, Flex-Foot

Cheetah şi C- Sprint, formate din (Fig. 4.51): priza sau manşonul de încastrare, manşonul

intermediar şi piciorul protetic. Lamelele sau piciorul protetic sunt confecţionate din fibre de

carbon, fibre de carbon cu aramidă şi fibre de sticlă si au grosimea aproximativ de 7 mm

[Pai.04], prezentand o serie de caracteristici [Not.13], [*Cmm.13]: nu produc energie ci numai o

transmit (spre deosebire de membrul inferior biologic), proteza nu oboseşte; permite participarea

sportivilor la concursuri de alergare în condiţii asemănătoare sportivilor neamputaţi; sunt mai

uşoare în comparaţie cu picioarele biologice, la start nu asigură performanţa piciorului normal.

Alergarea în cazul sportivului (persoanei) cu proteză transtibială, are aceleaşi faze ca şi la

alergarea persoanelor neamputate: faza de sprijin şi respectiv fuleul sau faza de zbor. Piciorul

protetic sau piciorul dinamic [Pai.04] la locul segmentului „tibie-peroneu” şi piciorului. Prin

urmare el trebuie sa preia funcţia locomotorie a acestor elemente anatomice îndepărtate prin

amputarea piciorului. În faza de sprijin a alergării, lamela elastică se comportă în modul următor:

a. contracţie (amortizare) în funcţie de greutatea corpului şi de elasticitatea lamelei;

b. deplasarea energiei acumulate către vârful lamelei (verticalitate);

c. faza de impulsie în care energia este acumulată la vârful lamelei, cand singura energie

generată la alergătorul invalid este cea produsă de muşchii fesieri de la nivelul şoldului.

În cazul proiectării unei proteze pentru membrul inferior (transtibială) se urmăresc urmă-

toarele caracteristici ale mersului sau alergării efectuată de o persoană validă [Das.09], [Dru.11]:

returnarea energiei generată în faza de sprijin, mişcarea de flexie dorsală si torsiunea gleznei,

energia şi inversia piciorului [*Ari.13] în jurul unui ax oblic si absorbiţia în momentul

contactului cu solul.

20

CAPITOLUL 5

METODE DE ANALIZĂ A COMPORTAMENTULUI

BIOMATERIALELOR COMPOZITE EPOXIDICE ARMATE CU FIBRE

DE CARBON DIN CONSTRUCŢIA LAMELELOR PROTETICE „J”

5.1 CARACTERISTICI DE PRODUCŢIE ALE LAMELELOR „J”

Lamelele „J” sunt construite din materiale compozite epoxidice armate cu fibre de carbon.

În momentul actual forma constructivă a acestor lamele constituie o noutate tehnologică în

domeniul protezelor sportive pentru amputaţii transtibiale. De aici şi puţinele informaţii

publicate legate de tehnologia de fabricaţie cât şi de testare a caracteristicilor de material în

condiţile folosirii în construcţia lamelelor.

În cercetarea de faţă, s-a proiectat varianta constructivă a lamelei, prezentată în figura 5.1.

Ea este folosită pentru protezarea persoanelor amputate transtibial cu o greutate de max. 50 Kg.

Varianta prezentată este construită în gama de grosime a stratificatului de 4-8 mm.

Fig.5.1. Varianta constructivă a lamelei protetice „J”.

Lamelele „J” pot fi executate în două variante constructive: monobloc şi sub forma de

stratificat. Fabricarea compozitului epoxi/carbon fibre urmăreşte următoarele obiective [Pet.98]:

- contribuţia fibrei de carbon: proprietăţi mecanice, volum, orientare în compozit;

- reducerea tensiunilor interne corelată cu proprietăţile interfeţei fibră-răşină;

- greutate şi cost minime.

Rezumatul tezei

21

Aceste obiective sunt corelate cu dimensiunea şi configuraţia lamelei, sculelor de fabricare

şi metoda de fabricare. Se recomandă fabricarea lamelelor „J” prin două procedee de fabricaţie

[*Glo.06], [Lec.99], [Mis.13], [Şer.96], [Man.86] : turnarea prin injecţie prin procedeul RTM

(Resin Transfer Molding) şi execuţia stratificatului din lamele preimpregnate supuse unui proces

de polimerizare. Alegerea metodei de fabricare RTM cât şi de realizare a pre-preimg este,

justificată din punct de vedere comparativ cu alte procese de fabricare, de raportul performanţă-

volum de producţie. Utilizarea preimpregnatului în fabricarea picioarelor protetice și în general a

protezelor transtibiale prezinta o serie de avantaje în raport cu procedeele clasice de realizare a

materialelor compozite inclusiv cu procedeul RTM [Kla.95]. Tehnica de realizare a

preimpregnatului constă în impregnarea unei ţesături din fibră de carbon cu răşină epoxy după

care ansamblul obţinut este polimerizat parţial [Nis.80], [*Hex.13]. Formarea finală se obţine, în

mod obşinuit în autoclavă sau cu sac sub vid.

În cercetarea de față s-a urmărit construcția lamei protetice alcătuită din 3, 5 și 7 straturi

(lamine). În acest sens s-a realizat următoarele construcți ale stratificatului:

- stratificat format din 3 straturi la care stratul central este format din preipregnat

unidirecţional învelit de-o parte și alta de un preimpregnat având țesătura în legătură

diagonală;

- stratificat format din 5 straturi la care trei straturi sunt de preimpregnat unidirecţional

învelite pe o parte și alta cu câte un strat preimpregnat având ţesătura în diagonală;

- stratificat format din 7 straturi la care cinci straturi sunt formate din preimpregnate

unidirecţional învelite pe o parte și alta cu un preimpregnat cu ţesătură în diagonala.

5.2. SIMULAREA PROCESULUI DE INJECŢIE PRIN PROCEDEUL RTM

CU PROGRAMUL AUTODESK MOLDFLOW INSIGHT 2012®

Procedeul de injecţie prin transfer de răşină, Resin Transfer Molding RTM (Fig. 5.3) este

folosit în mod curent sau este “cel mai popular procedeu”, [Ipe.05] de fabricare a materialelor

compozite armate cu fibre continue. În esenţă, procedeul RTM constă în injectarea, la joasă

presiune a unei răşini în interiorul unei matriţe în care a fost amplasat în prealabil un material de

armare din fibre compactate sub formă de mat sau ţesături. Proedeul RTM are următoarele

principale faze de lucru [Lec.99] (Fig. 5.6):

- introducerea materialului de armare într-o matriţă încălzită la temperatura dată (a).

Materialul de armare are o construcţie geometrică complexă ce poate fi descrisă la trei nivele

dimensionale (Fig. 5.7): microscopic, mesoscopic şi masoscopic;


22

Fig. 5.5. Schița procedeului de turnare prin injecție RTM, după [Ipe.05].

- impregnarea fibrelor materialului de armare cu răşină, efectuată la joasă presiune şi cu

viteză mică (b);

- polimerizarea completă a matricei compozitului cu menţinerea presiunii de injecţie (c);

- deschiderea matriţei şi demularea piesei compozite (d).

a) b) c) d)

Fig. 5.6. Etapele procedeului de injecţie RTM: introducerea materialului de armare în matriţă (a);

injectarea răşinei (b); polimerizare (c); demulare (d), după [Lec.99].

Procesul de impregnare a fibrelor materialului de armare este un proces complex şi dificil

de modelat, în care materialul de armare este asimilat unui mediu poros, Breard [Bre.97],

Lecointe [Lec.03], [Lij.03]. În această abordare, viteza răşinei Vrs este calculată cu ajutorul legii

Darcy prin care se stabileşte o relaţie între viteza de injectare şi presiunea fluxului răşinei Prs:

rs

rs

rs VPK

V

(5.1)

în care: rs este vâscozitatea răţinei iar K este tensorul ce caracterizează permabilitatea ţesăturii

de armare:

zzzyzx

yzyyyx

xzxyxx

KKK

KKK

KKK

K . (5.2)

în care: x, y definesc planul laminei compozitului (Fig. 5.8) iar h caracterizează grosimea ei.

Prin considerarea direcţiilor x, y şi z ca fiind axele principale ale laminei compozitului se

poate scrie tensorul de permeabilitate sub forma:

z

y

x

K

K

K

K

00

00

00

(5.3)

În aceste condiţii simularea fluxului răşinei injectate constituie, alături de optimizarea

procesului de injecţie, proiectarea geometriei piesei compozite etc. (Fig.5.9)

Fig. 5.7. Descrierea țesăturii de ranforsare din fibre de carbon la nivel: microscopic (a); mesoscopic (b);

macroscopic (c), după [Lec.99].

Rezumatul tezei

23

Fig. 5.8. Direcţiile x, y şi z ale laminei compozite, după [Ber.12].

O componentă chei a procesului de proiectare şi fabricare a lamelei protetice J prin

procedeul RTM, pornind de la aceste considerente, în secțiunile 5.2.2 şi 5.2.3, se dezvoltă o

simulare a procesului de fabricare prin injecţie a componentei protetice „J” cât şi a epruvetelor ce

vor fi folosite la măsurarea caracteristicilor mecanice ale acestora.

Simularea cu ajutorul metodei elementelor finite ale procesului de fabricare prin injecţie a

elementului de tip proteză s-a efectuat cu ajutorul programului specializat Moldflow Insight

2012 (Autodesk) în următoarele condiţii:

- procesul de injecţie a fost selectat ca fiind de tip RTM;

- au fost impuse 1 şi/sau 2 locaţii pentru injecţia de material pentru elementul de

protezare, dat fiind dimensiunile nominale ale acestuia şi pentru adaptibilitatea la

configuraţii diferite de maşini de formare prin injecţie;

- în prima fază, materialul a fost ales ca fiind un material compozit polimer armat cu fibre

din carbon în procent volumic de 50% , de provenienţă Acadia Polymers, cu denumirea

tehnică de Krynac, având proprietăţile de material specificate în Tabelul , Anexa ;

- setările pentru discretizarea cu elemente finite ale elementului au fost următoarele: tip –

dual domain, elemente de tip triunghi – fiind generate 1048 elemente şi 522 noduri;

- valorile specifice procesului de injecţie: temperatura la suprafaţa matriţei – 170° C,

temperatura de topire a răşinii polimere - 135° C, timpul nominal de injecţie – 4 s,

presiunea maximă de injecţie a maşinii - 180 MPa;

Optimizarea procesului prin DOE (en. DOE - design of experiments) s-a derulat utilizând

metoda Taguchi, în vederea identificării variabilelor de proces (ex. timpul nominal de injecţie,

timpul necesar polimerizării, etc.) şi de design asupra procesului de injecţie în baza unor criterii

de calitate (ex. temperatura la finalul procesului de injecţie, forţa de prindere, presiunea de

injecţie, etc.). În urma simulărilor cu ajutorul metodei elementelor finite ale procesului de

injecţie pentru elementul de tip proteză au rezultat următoarele informaţii cu privire la:

- timpul necesar finalizării procesului de injecţie;

- viteza medie de curgere a materialului;

- prezenţa şi distribuţia golurilor de aer;

- forţa de prindere;

- orientarea elementelor constitutive la suprafaţa şi în interiorul elementului;

- distribuţia câmpului deformaţiilor în interiorul elementului;

- variaţia câmpurilor de presiune în timpul şi după finalizarea procesului de injecţie.


24

În figurile 5.10 la 5.14 au fost reprezentate o parte dintre rezultatele obţinute în urma

simulărilor cu ajutorul metodei elementelor finite ale procesului de injecţie pentru elementul de

tip proteză analizat, utilizând una sau două locaţii de injecţie:

Fig. 5.10. Configuraţia discretizată cu ajutorul

FEM pentru cele două situaţii.

Fig. 5.11. Variaţia timpilor alocaţi finalizării

procesului pe de injecţie pentru cele două situaţii.

Fig. 5.12. Variaţia câmpului de temperaturi la

finalul procesului de injecţie.

Fig. 5.13. Variaţia presiunii la finalizarea

procesului de injecţie.

Fig. 5.14. Variaţia câmpului tensiunilor de forfecare la suprafaţa elementelor.

- timpii necesari derulării şi finalizării procesului de injecţie (fig. 5.11) pentru 1, respectiv

2 locaţii de injecţie sunt aproximativ aceeasi;

- pentru două locaţii pentru injecţie, zona de curbură a ortezei reprezintă o zonă sensibilă,

în special datorită influenţei pe care o are şi asupra altor parametrii de proces;

Rezumatul tezei

25

- se pot identifica similarități cu cele menționate anterior, pentru distribuţia de temperatură

la finalul procesului de injecţie (Fig. 5.13), valorile maxime de proces atingând valori apropiate,

de 154,6 °C, respectiv 152,7 °C pentru 1 sau 2 locații de injecție;

- la finalul procesului de injecție, în distribuția de presiune apar valori de 2 ori mai mari

pentru procesul de injecție care implică o singură locație, comparativ cu celălalt caz: valoarea

maximă a presiunii la finalul procesului este de 60,25 MPa pentru cazul cu o singură locație de

injecție comparativ cu 27,71 MPa cât se obține în cel de-al doilea caz (Fig. 5.14);

- au fost obținute aproximativ aceleași variații ale câmpului tensiunilor de forfecare pentru

ambele cazuri, cu valorile maxime de 1,012 MPa, respectiv 1,073 MPa.

În urma analizei de tip DOE utilizând metoda Taguchi, cele două variabile selectate –

temperatura de topire a materialului compozit, respectiv timpul necesar polimerizării

materialului polimer al matricei compozitului, prezintă similitudini în raport cu parametrii de

proces selectați ca și criterii de calitate pentru analiză – distribuția de temperatură în timpul și la

finalizarea procesului de injecție, forța de închidere a matriței, respectiv presiunea de injecție

iar temperatura topire a materialului fiind singura care influențează parametrii de calitate

selectați. În acest context se poate derula o analiză DOE care permite identificarea variabilelor

care influențează cel mai mult calitatea produsului rezultat, urmată de utilizarea răspunsului

acestei variabile pentru determinarea sensitivității acestor variabile asupra calității lui.

Simularea cu ajutorul metodei elementelor finite ale procesului de fabricare prin injecţie a

epruvetelor standardizate de tip Iosipescu (en. bone shape) s-a efectuat cu ajutorul programului

specializat Autodesk Moldflow Insight 2012® în următoarele condiţii:

- procesul de injecţie a fost selectat ca fiind de tip RTM;

- au fost impuse 1 şi/sau 2 locaţii pentru injecţia de material;

- materialul selectat este Krynac (Acadia Polymers), având proprietăţile din Anexa 1;

- setările pentru discretizarea cu elemente finite ale elementului au fost următoarele: tip –

dual domain, elemente de tip triunghi – fiind generate 636 elemente şi 320 noduri, fără

a genera o corecție ulterioară a volumului discretizat;

- valorile specifice procesului de injecţie: temperatura la suprafaţa matriţei – 170° C,

temperatura de topire a răşinii polimere - 135° C, timpul nominal de injecţie – 4 s,

presiunea maximă de injecţie a maşinii - 180 MPa;

- optimizarea procesului prin DOE s-a derulat prin metoda Taguchi, în vederea

identificării variabilelor de proces (timpul nominal de injecţie, timpul necesar

polimerizării, lungimea elementului de armare, etc.) şi de design în baza unor criterii de

calitate (temperatura la finalul procesului, forţa de prindere, presiunea de injecţie, etc.);

În urma simulărilor cu ajutorul metodei elementelor finite ale procesului de injecţie în

cazul epruvetelor standardizate de tip Iosipescu au rezultat următoarele informaţii cu privire la:

- timpul necesar finalizării procesului de injecţie;

- viteza medie de curgere a materialului;

- prezenţa şi distribuţia golurilor de aer;

- forţa de prindere;

- orientarea elementelor constitutive la suprafaţa şi în interiorul elementului;


26

- distribuţia câmpului deformaţiilor în interiorul elementului;

- variaţia câmpurilor de presiune în timpul şi după finalizarea procesului de injecţie.

În figurile 5.15 - 5.19 au fost reprezentate o parte dintre rezultatele obţinute în urma

simulărilor cu ajutorul metodei elementelor finite ale procesului de injecţie pentru epruveta

standardizată analizată, utilizând una sau două locaţii de injecţie:

- timpii necesari derulării şi finalizării procesului de injecţie (fig. 5.16) pentru 1, respectiv

2 locaţii de injecţie sunt aproximativ aceeasi;

- pentru două locaţii pentru injecţie, zona centrală (zonă funcțională sau între repere) a

epruvetei reprezintă o zonă sensibilă a elementului;

- temperatura maximă dezvoltată în cele două situații analizate este aproximativ aceeași, de

156,7 °C pentru o singură locație de injecție, respectiv de 156,2 °C pentru două locații de injecție

(fig. 5.17), dar distribuția câmpului de temperaturi din volumul materialului este diferită;

- presiunea dezvoltată în interiorul epruvetelor este o diferită în ordinul de mărime pentru

cele două cazuri analizate (Fig.5.16) - pentru o singură locație de injecție valoarea acesteia

(18,07 MPa) este aproximativ dublul valorii înregistrate pentru cel de-al doilea caz (7,409 MPa);

- câmpul tensiunilor de forfecare la suprafața epruvetelor prezintă similitudini în ceea ce

privește distribuția acestora, valorile maxime rezultând ca fiind aproximativ aceleași (Fig.5.17).

Fig. 5.15. Configuraţia discretizată cu ajutorul FEM pentru cele două situaţii.

Fig. 5.16. Variaţia timpilor alocaţi finalizării procesului pe de injecţie pentru cele două situaţii.

Rezumatul tezei

27

Fig. 5.17. Variaţia câmpului de temperaturi la finalul procesului de injecţie.

Fig. 5.18. Variaţia presiunii la finalizarea procesului de injecţie.

Fig. 5.19. Variaţia câmpului tensiunilor de forfecare la suprafaţa epruvetelor.

În urma analizei de tip DOE utilizând metoda Taguchi, cele trei variabile selectate –

temperatura de topire a materialului compozit, timpul necesar polimerizării injectat, respectiv

lungimea elementului de armare, s-au constatat diferențe în ceea ce privește modul acestora de

influență asupra parametrilor de proces selectați ca și criterii de calitate pentru analiză –

distribuția de temperatură în timpul și la finalizarea procesului de injecție, forța de închidere a

matriței, respectiv presiunea de injecție.


28

5.3 STUDIUL TEORETIC AL COMPORTAMENTULUI

STRATIFICATULUI EPOXI ARMAT CU FIBRE DE CARBON

Prin definiţie, Berthelot [Ber.12], Alămareanu şi Chiriță [Ală.97], Vlase et al [Vla.08],

Motoc [Mot.05] materialul compozit constituie o combinaţie de materiale, alăturate, nemiscibile.

În practică se folosesc o serie de criterii după care se clasifică materialele compozite. În acest

sens, din punct de vedere constructiv, al elementelor constituiente cât şi a modului de aranjare a

acestora se disting: materiale compozite cu fibre ce pot fi lungi, scurte sau hibride, plasate într-un

alt material numit matrice, care poate fi polimerică, ceramică sau metalică; materiale compozite

stratificate; materiale compozite cu partiule dispersate etc. Materialele compozite cu matrice

polimerică sunt cunoscute şi sub denumirea de compozite polimerice (sau plastice) armate cu

fibră. În această categorie se încadrează şi compozitele cu matrice epoxi armate cu fibră de

carbon.

Fig. 5.20. Construcţia stratificatului: lamine (a); stratificat (b); sistem de referinţă (c); unghiul de inclinare

a laminei (); lungimea stratificatului (L); grosimea statificatului (h), după [Ber.12].

Materialele compozite armate cu fibre sunt constituite ([Ală.97], [Mot.05], [Nic.11]) din

două sau mai multe straturi, numite lamine, lipite între ele (Fig. 5.20). Un grup de lamine este

format din mai multe lamine succesive ce au aceeaşi orientare a fibrelor. Un stratificat este

definit prin numărul de straturi, lamine, ce intră în componenţa lui şi prin unghiul de inclinare a

fibrelor α. Acesta indică orientarea fibrelor în lamină în raport cu axa Ox a sistemului de

referinţă Oxyz ce aparţine stratificatului (Fig. 5.18). Axele sistemului Oxyz au următoarele

reprezentări: axele Ox şi Oy sunt conţinute în planul mediu a stratificatului; axa Oz este

perpendiculară pe planul stratificatului.

Pentru a defini construcţia stratificatului privind aşezarea şi numărul laminelor cât şi a

unghiului α se foloseste urmatoarea codificare [Ală.97], [Ber.12], [Nic.11] (Fig. 5.21):

Rezumatul tezei

29

Fig. 5.21. Exemplu de codificare stratificat: [0/90/2/30°/-30°] sau [0/902/30/-302/902/0], [Ber.12].

- se descrie ordinea laminelor de la faţa stratificatului, de la cota z = -h/2 la cota z = h/2;

- numărul de lamine cuprinse în grupul cu aceeaşi orientare este indicat cu un indice;

- separarea laminelor sau a grupurilor de lamine se codifică cu o virgulă bară înclinată;

- laminatele alăturate având unghiuri α egale și de semne opuse sunt codificate cu notaţia ±.

O lamină are următoarele caracteristici [Vla.08]): este omogenă şi ortotropă, liniar elastică

şi nu are tensiuni iniţiale. În vederea descrierii stărilor de solicitare ale laminei armate cu ţesătură

din carbon inserată într-o matrice polimerică epoxidică se definesc ([Vla.08], [Teo.07], [Ber.12])

două sisteme de axe de coordonate (Fig. 5.22): sistemul de axe de coordonate TLT sau 123

sau TTL123 ,, numit sistemul local de coordonate al laminei. Are următoarele

caracteristici:

- axa L (1) este paralelă cu firele şi este denumită direcţia longitudinală a laminei;

- axa T (2) este perpendiculară pe fibre şi se numeşte direcţia transversală a laminei;

- axa T' este perpendiculară pe planul L,T (1, 2) şi este direcţia verticală a laminei.

Comportamentul mecanic al laminei compozite pe bază de răşină epoxi cu ţesătura din

fibre de carbon poate fi caracterizat complet cu ajutorul următorilor parametrii masurati într-o

stare simplă de eforturi și deformații [Ber.12], [Vla.07], [Teo.07]:

- modulul Young EL, E1 și coeficientul Poisson LT 12 , în direcţie paralelă cu fibrele;

- modulul Young TE , 2E și coeficienții Poisson TL , 21 și TT , 23 , transversaă cu fibrele;

- modulii de forfecare LTG , 12G și TTG , G12 la forfecare longitudinală și transversală;

- modulul de compresiune hidrostatică laterală sau deformație longitudinală KL.

Fig. 5.22. Sisteme de coordonate ale laminei : OLTT' (O123) sistemul local de coordonate ce aparţine

laminei; sistemul de coordonate Oxyz ce aparţine stratifictului ; hf - grosimea laminei, după [Ber.12].

În cazul în care sarcinile exterioare acţionează pe direcţiile sistemului local de coordonate

şi pentru o stare plană de tensiune, legea de elasticitate a laminei rezultă din suprapunerea

acţiunii solicitărilor TL , şi TL . Tensiunile TL , şi, respectiv,

TL pof fi scrise in funcție de

alungiri si lunecări [Teo.07].

O situaţie întâlnită curent în practică apare atunci când sarcinile exterioare acţionează pe

direcţiile axelor sistemului global de coordonate ale laminei Oxzy: yyxx , şi xy .

Se observă că, direcţiile de solicitare nu coincid cu direcţiile sistemului local de coordonate

ale laminei (123). În această situaţie, alungirile laminei compozite, aflată în stare plană de

tensiune, pot fi exprimate analitic în funcţie de tensiunile yyxx , şi xy si componentele

transformate ale matricei complianțelor Cij utilizând formula [Vla.08], [Teo.07]:


30

xy

yy

xx

xy

yy

xx

CCC

CCC

CCC

332313

232212

131211

, (5.5)

Tensiunile laminei compozite pot fi exprimate şi în funcţie de alungirile yyxx , şi xy (Vla.08]:

,

,

,

332313

232212

131211

xyyyxxxy

xyyyxxyy

xyyyxxxx

rrr

rrr

rrr

(5.13)

în care rij desemnează componentele transformate ale matricei rigidităţii ce se exprimă în funcţie

de parametrii: EL, ET, υTL, GLT şi unghiul de înclinare a fibrelor α.

Fig. 5.25. Schema de solicitare plană a stratificatului epoxi armat cu fibre de carbon. ([Vla.08], [Teo.07])

Din schema de solicitare (Fig. 5.25) a stratificatului, alcătuit din K (K = 1-N) lamine cu

unghiurile de înclinare α1, α2,...,αN se determină legea de elasticitate a acestuia folosind formula:

,

,

,

332313

232212

131211

xyyyxxxy

xyyyxxyy

xyyyxxxx

rrr

rrr

rrr

(5.20)

La calculul tensiunilor ce definiesc comportamentul la elasticitate a stratificatului

epoxi/fibre carbon, trebuie avute în vedere două principale cerinţe: laminele compozite sunt

aderente una faţă de celălaltă; întregul compozit cât şi laminele componente suportă acelaşi

deformaţi într-un punct dat.

Comportamentul termic al materialului compozit poate fi descris cu ajutorul următorilor

parametrii: conductivitate termică, coeficientul de dilatare termică și respectiv capacitatea

termică. Curtu și Motoc Luca [Cut.09] prezintă modele teoretice pentru predicția coeficienților

de dilatare termică a materialelor compozite armate cu fibre unidirecționale. La prezentarea

acestor modele se folosesc patru ipoteze de cercetare:

- fibrele de armare au o secțiune transversală circulară și sunt infinit lungi;

- condiția de continuitate a deplasărilor la interfața fibră-matrice este satisfăcută;

- temperatura se distribuie uniform de-a lungul structurii;

Rezumatul tezei

31

- se păstrează proprietățile de material a fazelor compozitului cu modificarea temperaturii.

Dacă fibrele sunt înclinate cu unghiul α (Fig. 5.20) se pot calcula coeficienții de dilatare

termică pe direcțiile x și y în funcție de coeficienții αL și αT folosind formula: [Ros.10]

,cossin2

;cossin

;sincos

22

22

TLxy

TLyy

TMxx

(5.23)

în care αxx este coeficientul de dilatare termică tangențială.

Coeficientul de expansiune CTE descrie modificarea formei (volumului) unui material pe

unitatea de temperatură modificată. Se presupune că această variație a coeficietului de

expansiune termică este liniară în domeniul regiunilor mici de temperatură. Acest coefficient este

întâlnit sub trei reprezentări: liniar, superficial și respective volumic.

Coeficientul liniar de expansiune termică descrie modificarea relativă a dimensiunii liniare

a materialului pentru fiecare modificare de temperatură cu un grad [*Lin.13]:

Tl

l

c

et

1, , (5.24)

în care: lc reprezintă lungimea compozitului și T este gradată de temperatură.

Coeficientul de expansiune termică a unui material compozit (armat cu fibre) are în general

o formă corespunzătoare diagramei din figurile 5.27 și 5.28.

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

-0,0004

-0,0003

-0,0002

-0,0001

0,0000

0,0001

Alp

ha (

1/°

K)

Temperature (°C)

reference

sample1_1st

sample2_1st

0 50 100 150 200 250 300-0,0004

-0,0003

-0,0002

-0,0001

0,0000

0,0001

Alp

ha

(1

/K)

Temperature (°C)

sample2_1st

sample2_2nd

Fig. 5.27. Variatia instantanee a CTE pentru

material multifazic fibre carbon unidirectionale /

fibre aleatoare E-glass, după [Mit.12].

Fig. 5.28. Variatia instantanee a CTE pentru

material multifazic fibre aleatoare E-glass / supus

la doua cicluri de incalzire, după [Mit.12].

5.4. SIMULAREA COMPORTĂRII MATERIALULUI COMPOZIT

STRATIFICAT DIN RĂȘINĂ EPOXI ȘI ARMAT CU FIBRE DE CARBON

DIN CONSTRUCŢIA LAMELEI PROTETICE “J”

Se consideră lamela protetică J realizată din material compozit stratificat alcătuit din staturi

preimpregnate pe bază de rășină epoxi, armate cu fibre de carbon. Stratificatul este alcătuit din

șase straturi, orientate alternativ la 45° si - 45°.


32

În cercetarea teoretică se urmărește simularea comportării mecanice a materialului

compozit în cazul solicitari statice a lamelei protetice. Pentru simulare se folosește metoda

elementului finit utilizându-se programul SolidWorks. Prima etapă a simulării constă în definirea

geometrică a modelului a lamelei protetice descrisă în figura 5.1.

Lamela protetica are următoarele dimensiuni de gabarit:

- lungimea: 290 mm;

- lățimea variabilă pe lungime între 40-50 mm;

- grosime : 6 mm.

Modelul geometric a fost supus discretizării cu elemente finite patrulatere de tip SHELL

(QUAD). În figura 5.31 este reprezentat modelul discretizat al lamelei protetice analizate. În

tabelul 5.2 este prezentat numarul de elemente si numarul de noduri in urma discretizării.

Tabelul 5.2. Numărul de elemente si numărul

de noduri in urma discretizării.

Structură discretizată lamelă

protetică

Fig.5.31. Discretizarea

lamelei protetice “J”.

Număr de elemente 1462

Număr de noduri 3133

Număr GDL 15912

Simularea se realizează în programul SolidWorks. Pentru rezolvabilitatea modelului este

necesară specificarea condiţiilor limită şi încărcărilor lamelei protetice „J”:

- definirea condiţiilor de încîrcare a lamelei protetice;

- mărimile încărcăriilor statice şi dinamice a lamelei protetice;

- zonele de pe lamelă în care apar condiţiile de rupere;

- numărul de straturi ale stratificatului din care este realizată lamela

- variaţia grosimii în lungul lamelei;

- caracteristiciile de material ale stratificatului epoxy armat cu fibre de carbon;

- încărcarea lamelei s-a făcut cu o forţă constantă F=400 daN evaluată în regim

biomecanic dinamic: F=400 daN;

- forţa de solicitare acţionează în lungul lamelei. Se respectă astfel condţiile reale de

utilizare a lamelei protetice în mişcarea de alergare;

- punctual de aplicaţie al forţei este situat în găurile de fixare a lamelei pe proteză;

Uzual, materialul este definit ca un material anizotrop, stratificat cu 6 straturi, avand

proprietățile de mai jos:

Rezumatul tezei

33

Modulul lui Young = 17331 Mpa; Forță – dinamic: 400 daN;

Densitate= 1800 Kg/m3; Grosimea stratului:- 1 mm/strat;

n = 0,32 - coeficientul Poisson; Orientarea fibrei: +45°;-45°;

G=11439 Mpa; Tensiunea de rupere:- 1600 Mpa (generic).

Simularea comportări lamelei

5.4.7.1 Analiză statică

A. Forţa de încărcare F=400 daN. Lamelă grosime constantă 6 mm:

Pasul 1 – crearea planului median se bazează pe proiectarea părții solide. În continuare se va

defini grosimea stratului din fibră de carbon și grosimea totală.

Pasul 2 – partea solidă a fost ascunsă; se lucrează numai cu planul median.

Pasul 3 – pregătirea simulării:


34

Pasul 4 – specificarea tipului anlizei - Analiza statică:

Partea solidă exclusă; se lucrează numai cu planul median:

Pasul 5 – definirea proprietăților de material: compozit cu fibre carbon in 6 straturi de 1 mm cu

orientarea de 45º/45º;

Rezumatul tezei

35

Pasul 6 – apelarea proprietăților de material.

Proprietățile materialelor (inclusiv orientarea fibrelor) au fost asociate fiecărui strat.

Numai în pasul următor se adaugă constrângerile de la baza piesei.


36

Se aplică încărcarea la capătul superior al piesei: 400 daN.

Resultatul încărcării, criteriul Voon Mises 1020 Mpa; Maxim 1600 Mpa.

Rezumatul tezei

37

B. Forţa de încărcare F=200 daN. Lamelă grosime constantă 6 mm

Mai puțin decât limitele: 510 Mpa.

Deplasări.


38

Deplasare: 212 mm

Curba generică S-N pentru prepeg fibre carbon/răsină.

5.4.7.2. Analiza dinamică liniară

A. Forţa de încărcare F=400 daN. Lamelă grosime constantă 6 mm

Se folosește aceeași procedură ca și la ultima analiză fibră de carbon cu grosimea de 6 mm.

Rezumatul tezei

39

Dynamic load 400 DaN/Hz; dumping mode 0,8.

Deplasarea în capătul superior al piesei: 79 mm.

Von Misses stress


40

B. Forţa de încărcare F=400 daN. Lamelă cu grosimea variabilă 8 - 4 mm

Deplasare: 9,4 mm.

În urma procesului de simulare se pot emite următoarele principale concluzii:

- deplasările în cadrul lamelei analizate scad pe măsură ce scade şi valoarea foţei de solicitare;

Rezumatul tezei

41

- simulările în regim dinamic permit evidenţiarea condiţiilor reale de comportare a materialului

lamelei protetice. Acest lucru se reflect în valoarea deplasărilor;

- în cazul în care lamela are o grosime variabilă de la 8 † 4 mm (la vârf) se îmbunătăţeşte

comportamentul mecanic al stratificatului: 9,6 +001 mm.

5.5. METODĂ DE DETERMINARE A COMPORTAMENTULUI

STRATIFICATULUI COMPOZIT EPOXI / FIBRE DE CARBON FOLOSIT LA

CONFECŢIONAREA PROTEZEI ÎN CONDIȚII NORMALE DE UTILIZARE.

Prin acest calcul se urmărește găsirea unei informații privind dimensionarea protezei

pentru testarea acesteia în condiții similare cu situatiile reale de utilizare. În acest scop șablonul

de calcul a fost realizat în mediul de programare grafică LabView, în vederea obținerii de

informații rapide și în regim continuu pentru diferite valori introduse ca date de intrare (sarcini,

dimensiuni ale protezei, tensiuni și deformați admisibile etc.).

Aplicația LabView prezintă o interfață grafică în care cu roșu sunt trecute căsuțele de

dialog pentru introducerea datelor de intrare, iar cu verde pot fi vizualizate rezultatele simulării

calcului asistat. Datele de intrare se referă la: deformări si tensiuni maxime admise, greutatea

aplicată asupra protezei pe proteză în timpul contactului cu solul, distanța dintre punctul de

sprijin și zona de aplicare a sarcinii, modulul de elasticitate a materialului, lățimea si grosimea

protezei, inălțimea de la care coboară pe sol la alergare. Rezultatele simulării se referă la două

categori de valori: numerice și booleene privind gradul în care proteza ar rezista la solicitările

simulate.

Realizarea aplicaţiei a presupus întocmirea unei rutine de program ce conţine o structură

secvenţială cu patru secvenţe distincte, în prima dintre ele realzându-se subrutina pentru calculul

deformaţiei protezei în regimul static (Fig. 5.33). Cea de-a doua secvenţă se referă la subrutina

de program pentru determinarea săgeţii protezei în regim dinamic (Fig. 5.34). În secvenţa a treia

subrutina de program realizează structura pentru calculul tensiunii la încovoiere în regim static.

Ultima secvenţă adresează subrutina de program pentru determinarea tensiuni la încovoiere în

regim dinamic.


42

Fig.5.32 Interfaţa pentru afişarea rezultatelor privind simularea comportării protezei.

Fig. 5.33. Secventa nr. 1.

Fig. 5.34. Secventa nr. 2.

5.6. INTERFAŢA PENTRU AFIŞAREA REZULTATELOR

PRIVIND SIMULAREA

A. Fereastra – panou, pentru interfaţarea cu utilizatorul

A1 –subiect cu greutatea de până la 33 kg, se poate folosi o proteză cu minim 6 straturi:

Rezumatul tezei

43

A2 –subiect cu greutatea 34 45 kg, se poate folosi o proteză cu minim 7 straturi:

A3 – subiect cu greutatea 46 48 kg, se poate folosi o proteză cu minim 8 straturi:


44

A4 – subiect cu greutatea 49 57 kg, se poate folosi o proteză cu minim 10 straturi:

Rezumatul tezei

45

A5 –subiect cu greutatea mai mare de 57 kg, trebuie folosită o proteză cu dimensiuni mai mari:

46

CAPITOLUL 6

METODE DE DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ

A PROPRIETĂȚILOR MECANICE ALE BIOCOMPOZITULUI

STRATIFICAT ARMAT CU FIBRE DE CARBON ȘI RĂȘINĂ EPOXIDICĂ

FOLOSIT ÎN CONTRUCŢIA LAMELELOR PROTETICE ÎN FORMĂ „J”

6.1. STRUCTURA ETAPELOR PARCURSE ÎN CADRUL CERCETĂRII

EXPERIMENTALE

În cercetare experimentală efectuată pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale

stratificatului s-a renunțat la testele pentru determinarea caracteristicilor la tracțiune optându-se

pentru testele la compresiune și încovoiere. La această abordare a cercetării s-au avut în vedere

caracteristicile constructiv funcționale ale lamei protetice “J” [*Des.13], [*Öss.13], [*Gui.12].

Totodată, testele la solicitările de încovoiere și compresiune au fost completate cu teste dinamice

tip DMA. Cercetarea experimentală a vizat și determinarea coeficientului de expansiune termică

a stratificatului fiind cunoscută importanța acestuia în descrierea comportamentului stratificatului

[Kar.05].

Pentru realizarea epruvetelor s-au elaborat plăci de stratificate armate cu fibre de carbon și

rășină epoxi. Totodată, s-au realizat și taloanele necesare la încercarea la compresiune. Plăcile

stratificate din care au fost prelevate epruvetele au fost fabricate dupa o metodologie consacrată

([Roș.10], [*Gui.12]). Epruvetele au fost executate în configurațiile stratificatelor cu 3, 5, și 7

straturi. Epruvetele pentru încercarile mecanice la compresiune și încovoiere au fost debitate au

fost cu ajutorul unui dispozitiv de tăiere Proxxon 27070 (D), cu pânza diamantata de 80 mm,

lățimea de 2 mm la formele și dimensunile corespunzătoare fiecărui tip de solicitare.

6.2. PREGĂTIREA EPRUVETELOR

Pentru realizarea epruvetelor s-au elaborat plăci de stratificate armate cu fibre de carbon și

rășină epoxi. Totodată, s-au realizat și taloanele necesare la încercarea la compresiune. Plăcile

stratificate din care au fost prelevate epruvetele au fost fabricate dupa o metodologie consacrată,

Roșu, [Roș.10], [*Gui.12]. Epruvetele au fost executate în configurațiile stratificatelor cu 3, 5, și

7 straturi.

6.3. DETERMINAREA PROPRIETĂȚILOR MECANICE ALE

STRATIFICATULUI COMPOZIT LA SOLICITAREA DE COMPRESIUNE

Forma epruvetelor din stratificat sunt prezentate în figura 6.2. Cercetarea experimentală la

compresiune s-a efectuat pentru stratificatul cu trei straturi - se consideră că grosimea sa, h oferă

informații esențiale privind comportamentul de lucru a lamelei protetice. A fost realizat un

număr de 10 epruvete, numerotate. Se asigura astfel numărul minim de determinări necesare

obținerii de informații privind mărimile statistice necesare prelucrarii datelor experimentale.

Rezumatul tezei

47

Încercările experimentale la compresiune au fost efectuate prin solicitarea eșantionatelor pe

mașina de încercare LS100 Plus de la Lloyd Instruments (UK) figura 6.5 , celula de solicitare de

tip XLC-5K-A1, forţa maximă de până la 100kN.

Datele prelevate și sunt prelucrate statistic în vederea identificării valorilor minime, medii

și maxime ale modulelor de elasticitate la compresiune, rigidității, tensiunilor și deformațiilor în

condițiile unei solicitări maxime, etc.

Fiecare epruvete se așează în cleme astfel încat axa longitudinală a epruvetei sa fie aliniată

cu axa instalației.

Fig. 6.2. Dimensiunile standardizate ale epruvetelor pentru încercarea la compresiune.

Fig. 6.4. Maşina universală de testare a materialelor (LS100 Plus).

În timpul efectuării testelor de compresiune bacurile se deplasează cu o viteză conform

specificaților tehnice ale instalației în funcție de forța de solicitare. S-a reglat o viteză de

1mm/min valoare care se menține constantă în timpul solicitări.


48

În urma cercetării experimentale s-au obținut valori ale proprietăților stratificatului solicitat

la compresiune: modulul de elasticitate longitudinal, tensiunea admisibila și rigiditatea

corespunzătoare unor valori obținute ale forței la ruperea epruvetei. În figura 6.6 sunt

reprezentate comparativ variațiile înregistrate pentru 5 eșantioane reprezentative corespunzător

distribuției forței dezvoltate în structura acestora și lungirea asociată.

Pe baza datelor experimentale s-au trasat curbele σ-ԑ pentru cinci din lotul de 10 eșantioane

representative (Fig. 6.7). Se poate observa că pentru valori ale tensiunilor mai mari de 125 MPa

curbele prezintă un palier de variație liniar care nu este asociat comportării structurii compozite

față de solicitarea externă aplicată ci unor condiții oferite de prinderea în instalația

experimentală.

Fig. 6.6. Curba dependenței forță-alungire pentru

compozitul cu 3 straturi din fibră de carbon.

Fig. 6.7. Curbele experimentale de tip σ-ε pentru 5

eșantioane din lotul de 10 epruvete testate.

Datorită suprafețelor exterioare foarte fine ale structurii compozite rezultate în urma

tehnologiei de fabricare a acestora, practic apare o alunecare a acestora în bacurile de prindere cu

consecințe directe evidențiate în variația pe care o au aceste curbe. Se impune menționarea

faptului că orice încercare de condiționare a suprafețelor externe a epruvetelor conduce la

posibilitatea apariției unor tensiuni suplimentare de suprafață cu efecte care se regăsesc într-o

deteriorare rapidă a acestora. Prelucrarea statistică a datelor experimentale permite obținerea

valorilor medii, maxime/minime și a deviației standard a modulului de elasticitate longitudinal,

rigidității, tensiunilor și deformațiilor înregistrate la forța maximă aplicată și/sau deformația

maximă, tensiunea admisibilă, etc.

Fig. 6.8. Variația modulului de elasticitate longitudinal pentru eșantioanele de compozite cu 3 straturi.

Rezumatul tezei

49

6.4. DETERMINAREA PROPRIETĂȚILOR MECANICE ALE

STRATIFICATULUI COMPOZIT LA SOLICITAREA DE ÎNCOVOIERE

Încercarea de încovoiere caracterizează comportamentului stratificatului, supus unei sarcini

externe aplicate perpendicular pe axa lui longitudinală. Testul la încovoiere s-a efectuat în

concordanță cu EN ISO 14125 [*SRE.00.a], ASTM D 790 [*AST.93]. Metoda este definită prin

următoarele caracteristici [*SRE.00.a]: viteza de încercare vin [mm/min], efectul de încovoiere σf

[MPa], efectul de încovoire la rupere σfB [MPa], rezistența la încovoiere σfM [MPa], săgeata la

încovoiere și săgeata la rupere [mm], deformarea la încovoiere ԑf și modulul de elasticitate la

încovoiere Ef. Încercarea la încovoiere s-a realizat cu metoda celor trei capete de apăsare sau

metoda celor trei puncte (Fig.6.10). Metoda constă în rezemare epruvetei în două puncte și

aplicarea forței de aplicare la jumătatea distanței dintre cele două puncte de reazeam. Viteza de

încercare este de 5mm/min.

Fig. 6.10. Schema încercări la încovoiere în trei puncte: a- încercarea în trei puncte b- schema de

solicitare a epruvetei.

Încercările experimentale la încovoiere au fost efectuate prin solicitarea eșantionatelor în 3

puncte pe mașina de încercare LR5K Plus de la Lloyd Instruments (UK), celula de solicitare de

tip XLC-5K-A1 forţe de până la 5 kN. La reglarea mașini s-a asigurat ca alinierea suporților și a

poansonului sferic sa fie paralelă cu o exactitate de 0,02 mm, razele ponsonului semisferic și

respective a suporților au fost alese pentru epruvete mai mai de 3 mm. Mașina de încercat tip

LR5K Plus de la Lloyd Instruments (UK), are posibilitatea să prelyucreze rezultatele

experimentale în format electronic cu ajutorul softului NEXYGEN MT.

Epruvetele pentru încercarea mecanică statică la încovoiere au fost executate la forma și

dimensiunile standardizate, corespunzător clasei IV de materiale compozite.

Testele de solicitare la încovoiere au fost efectuate în următoarele condiții:

- la temperatura și umiditatea în care s-au realizat testele la compresiune;

- longitudinal și transversal pe epruvetă (Fig.6.13);

- pentru fiecare categorie de solicitare s-au folosit cate cinci epruvete pentru stratificatele

cu 3, 5 si 7 straturi;


50

- testul de incovoiere a fost realizat cu o viteza constanta v=5mm/min.

a) b)

Fig. 6.13. Solicitarea la incovoire:a- longitudinal b- transversal.

Datele experimentale prelevate pentru numărul de eşantioane reprezentative supuse

investigațiilor au fost achiziționate cu ajutorul programului NEXYGEN Plus, sub formă de

fișiere text pentru fiecare eșantion de material compozit din 3 straturi pre-impregnate din fibre de

carbon și conțin informații cu privire la: forța aplicată (F, în N), săgeata sau deplasarea în zona

centrală a epruvetei (v, în mm), valorile tensiunilor (σ, în MPa) și deformațiilor dezvoltate ca

urmare a solicitărilor, rezultate care facilitează estimarea modulului de elasticitate Ef la incovoire

a stratificatului compozit (Ef1, Ef2) si a efortului de incovoiere σf.

Datele achizitionate au fost prelucrate statistic, cu ajutorul softului NEXYGEN MT. S-au

evidentiat parametrii ce definesc comportamentul mecanic la indoire a celor trei categorii de

stratificate: 3, 5 si 7 straturi. Pe baza datelor statistice obtinute, s-au reprezentat fig. 6.14 † 6.19.

Fig. 6.14. Variația modulului de elasticitate la înco-

voiere cu numărul de straturi și direcția de solicitare.

Fig. 6.15. Variația rigidității medii a eșantioanelor cu

numărul de straturi și direcția de solicitare.

Rezumatul tezei

51

Fig. 6.16. Variația tensiunii maxime la solicitarea

maximă cu numărul de straturi și direcția de solicitare.

Fig. 6.17. Variația forței maxime la rupere cu numărul

de straturi și direcția de solicitare.

Fig. 6.18. Variația modulului de elasticitate cu direcția

de solicitare pentru eșantioane cu 3 straturi.

Fig. 6.19. Deformația specifică la solicitarea maximă

la solicitare pentru eșantioane cu, 5 și 7 straturi.

Așa cum se observă din figura 6.13, modulul de elasticitate (Young) rezultat în urma

solicitării la încovoiere scade odată cu creșterea numărului de straturi ale structurii compozite, și

își păstrează aceeași tendință descrescătoare și în funcție de direcțiile de solicitare a eșantioanelor

– longitudinală, respectiv transversală.

Astfel, în direcție longitudinală, selectând ca referențial eșantionul cu 3 straturi de țesătură

de carbon, modulul de elasticitate descrește cu aproximativ 15% în cazul în care sunt adăugate

suplimentar 2 straturi, respectiv 43.36% în cazul în care sunt adăugate suplimentar 5 straturi.

În direcția transversală, diferențele înregistrate sunt de aproximativ 6% , respectiv de

28.65% pentru eșantioanele cu 5 și 7 straturi de țesătură din carbon. Așa cum este firesc,

rigiditatea eșantioanelor prezintă o tendință opusă variației modulului de elasticitate, aceasta

înregistrând valori maxime pentru configurația cu 7 straturi de țesătură de carbon, indiferent de

direcția de solicitare a acestora.

În cazul direcției longitudinale, tendința de variație a tensiunii maxime este una crescătoare

odată cu creșterea numărului de straturi, ceea ce nu se regăsește și în cazul în care acestea sunt

dispuse transversal față de direcția de solicitare. Se evidentieaza comportamentul la rigiditate a

stratificatului in timpul solicitari la indoire: odata cu cresterea numarului de straturi ale

stratificatului are loc si cresterea rigiditati, ce se manifesta in directia longitudinal cat si

transversala (Fig.6.14).

6.5. DETERMINAREA PROPRIETĂȚILOR MECANICE ALE STRATIFI-

CATULUI COMPOZIT LA SOLICITAREA MECANICĂ DINAMICĂ DMA

Analiza dinamică dinamică, în versiunea engleză „Dynamic Mechanical Analisys” cu

abrevierea DMA, este o metodă modernă de cercetare experimentală a comportamentului

vâscoelastic a materialelor compozite, polimerice [*Dma.13]. Metoda este cunoscută şi sub

denumirea de spectroscopie mecanică dinamică, în versiunea engleză Dynamic Mechanical

Spectroscopy sau analiza termică mecanică dinamică, Dynamic Mechanical Thermal Analyis -

DMTA [*Dma.12].


52

Fig. 6.20. Relaţia dintre solicitarea sinosoidală aplicată cu deformaţia rezultantă.

Principiul de lucru al metodei DMA constand [*Dma.13] din încărcarea epruvetei cu o

solicitare sinusoidală şi măsurarea alungirii materialului (Fig. 6.20), este concretizată sub forma

unui modul sau viscozitate exprimată printr-un complex de date dinamice. Acest modul defineşte

proprietatea intrinsecă a materialului ce nu se modifică în funcţie de forma sau dimensiunea

epruvetei, este exprimat prin raportul solicitare/deformare şi vâscozitate. În principiu este

raportul solicitării la rata deformării şi se exprimă prin două componente: în fază -modulul de

stocare şi de iesire din fază - modulul de amortizare.În cadrul încercării, temperatura epruvetei

sau frecvenţa solicitării pot fi variate caracteristica ce conduce la variaţii ale modulului

determinat. În această, metodă „Dynamic Mechanical Analzsis ” deformează mecanica epruvetei

şi apoi măsoare proprietăţile mecanice ale materialelor polimerice în funcţie de temperatura

epruvetei, frecvenţa solicitării acesteia şi de timp. În construcţia echipamentului este inclus un

instrument de analiză termică ce permite testarea proprietăţilor mecanice ale unor diferite

materiale [*Dma.12].

Încercările experimentale la testul DMA au fost efectuate pe instalaţia ARES-G2

Rheometer, produs de TA Instruments US, cu reprezentare din figura 6.21. Instalaţia este în

dotarea laboratorului de cercetare din cadrul Universităţii Politehnice din Valencia, Campus de

Alcoy, Departamentul de Mecanică şi Ingineria Materialelor, Lab. C1DB8. ARES-G2 permite

măsurări reologice în game largi de sarcină, deplasare şi frecvenţă. Instalaţia este echipată cu

echipamente electronice de mare viteză cu procesarea digitală a semnalului pentru măsurărilor

traductorului şi controlul motorului de acţionare.

Fig. 6.21. Instalatia pentru testare DMA ARES-G2 Rheometer.

http://www.tainstruments.com/product.aspx?n=1&id=29&siteid=11


Rezumatul tezei

53

Epruvetele sunt realizate din compozit stratificat pe bază de răşină epoxi armată cu ţesătură

din fibre de carbon, în structura laminelor întălnite la solicitările la compresiune şi încovoiere

Pentru cercetarea experimentală s-au folosit două categorii de epruvete: cu 3 și cu 6 straturi.

Testele DMA sunt realizate pe instalaţia experimentală ARES-G2 Rheometer, urmand paşii

de lucru din instrucţiunile de funcţionare ale instalaţiei [*Are.13], [*Dma.13]: calibrarea

instalaţiei, selectarea şi pregătirea epruvetelor şi a tipului de solicitare, selectarea procedurii de

testare şi a datelor obţinute în urma experimentului, introducerea şi fixarea epruvetei în bacurile

dreptunghiulare de torsiune ale maşini, afişarea şi analizarea rezultatelor cu ajutorul programului

Rheology Advantage, oprirea instalaţiei şi scoaterea epruvetei.

În faza de încarcare termică s-a realizat variaţia temperaturii în intervalul 35-100 [°C] cu o

rată de încălzire de 5 grade pe minut. Solicitarea de torsiune a epruvetelor s-a realizat în

intervalul (0.35 – 1) Hz.

În urma solicitări DMA a epruvetelor s-au obţinut date experimentale privind epruvetele cu

grosimea 3 mm şi respectiv 6 mm:

- comportamentul vâscoelastic al stratificatului cu prezentarea variaţiei coeficienţilor

vâscoelastici G‟(Fig.6.23) şi G'' (Fig.6.24) în funcţie de variaţia temperatura;

- comportamentul vâscoelastic al stratificatului cu prezentarea coeficienţilor vâscoelastici

G' G'' şi respectiv a temperaturii de transmisie vitroasă a stratificatului;

- variaţia coeficientului tan delta în funcţie de variaţia temperaturii 35° † 200°C (6.26).

Fig. 6.23. Variaţia coeficienţilor vâscoelastici în funcţie de temperatură pentru stratificat cu 3 straturi.



54

Fig. 6.24. Variaţia coeficienţilor vâscoelasti în funcţie de temperatură pentru stratificat cu 5 straturi.

Fig.6.25. Variaţia coeficientului elastic G' al

stratificatului în funcţie de variaţia modulului de

elasticitate şi a temperaturii.

Fig. 6.26. Variaţia coeficientului vâscoelastic G'' al

stratificatului în funcţie de variaţia modulului de

elasticitate şi a temperaturii.

Fig. 6.27. Variaţia parametrului tan delta a stratificatului epoxi armat cu fibre de carbon, cu 3 şi 6 mm, în funcţie de

variaţia temperaturii în cadrul testării DMA.

6.6. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND DETERMINAREA

COEFICIENTULUI LINIAR DE DILATARE TERMICĂ A STRATIFICATULUI

EPOXI ARMAT CU FIBRE DE CARBON

Valorile coeficientului de dilatare termica a fibrei de carbon preimpregnată au fost estimate

cu ajutorul dilatometrului DIL 402 PC, cu dispunere orizontală a probelor și termocuplu, produs

de Netzsch (Germania).

Epruvetele au fost debitate dintr-o placă de compozit stratificat elaborată în condiţiile

similare cu cele de la solicitările mecanice, cu ajutorul unui dispozitiv de tăiere Proxxon 27070

(D) produs de PROXXON (România), cu o pânza diamantata de 80 mm şi lățimea de 2 mm.

Forma epruvetelor este paralelipipedică cu dimensiunile impuse de dilatometrului DIL 402 PC.

Pentru măsurarea coeficienților de dilatare termica a fibrei de carbon pre-impregnată s-a

realizat în următoarele condiții de lucru:

- atmosferă statică controlată;

- gama de temperatură impusă: 25° - 250° C;

- viteza de încălzire: 2.5 °C/min;

Rezumatul tezei

55

- numărul ciclurilor termice impuse: 2;

- dimensiunile eșantioanelor – 2555 (Ldh) m3;

- calibrarea s-a efectuat pe un etalon din sticlă cu dimensiunile standard 2555 (Ldh) m3.

Datele experimentale au fost achiziționate utilizând programul Proteus care permite

dispunerea curbelor asociate deformațiilor termice din masa eșantioanelor analizate, a dilatării

termice liniare, a temperaturilor la care au loc transformări de fază, procese de transformare de

după procesele de polimerizare sau tranziții în starea de sticlă, etc. cu posibilitatea transferului

către alte tipuri de programe de prelucrare statistică a datelor (ex. Excel 2007/2010, Origin 8.0)

în vederea estimării coeficientului de dilatare termică și/sau altor parametrii semnificativi.

În figurile 6.30. și 6.31. sunt reprezentate comparativ variațiile câmpurilor deformațiilor

termice înregistrate în cadrul celor două cicluri termice succesive impuse eșantioanelor din

materiale compozite armate cu fibre din carbon cu arhitecturi de 3, 5 respectiv 7 straturi.

Fig. 6.30. Variația câmpurilor deformațiilor termice

dezvoltate în cadrul primului ciclu termic.

Fig. 6.31. Variația câmpurilor deformațiilor termice

dezvoltate în cadrul celui de-al doilea ciclu termic.

Așa cum se poate observa din reprezentările grafice, odată cu creșterea numărului de

straturi ale compozitului polimer deformațiile termice înregistrează o modificare progresivă a

valorilor asociate dar își păstrează aceeași alură a variației pe tot intervalul temperaturilor de

lucru. Pentru temperaturi mai mare de 100° C se pot identifica tranzițiile de fază și evidenția

efectele post-curing sau relaxare care au loc în structura compozitelor, efecte care vor fi analizate

detaliat în continuare.

În figurile 6.32 și 6.33 sunt reprezentate comparativ variațiile derivatei de ordinul întâi a

câmpului dilatării liniare care permit estimarea coeficientului de dilatare termică liniară. Analiza

curbelor evidențiază neliniaritatea acestora în zona temperaturilor în care au loc transformări de

fază. După cum se poate observa din reprezentările grafice, temperaturile de tranziție sticloasă

(Tg ) sunt foarte apropiate, acestea fluctuând în jurul valorii de 115° C. Diferențele pot fi asociate

procesului de obținere a compozitelor, configurațiilor arhitecturilor, condițiilor de experimentare

deși valoarea temperaturii constituie un indicator a calității materialului matricei compozitelor.


56

Fig. 6.32. Variația cu temperatura a coeficientului

de dilatare termică (ciclul 1 de condiționare).

Fig. 6.33. Variația cu temperatura a coeficientului

de dilatare termică (ciclul 2 de condiționare).

Suplimentar, variațiile cu temperatura a câmpului deformațiilor termice pun în evidență

fenomenele de relaxare care au loc în cadrul structurilor compozite pentru temperaturi mai mari

decât cele specifice celor de transformare în stare sticloasă, ceea ce conduce la afirmația că

matricea compozitului reprezintă constituentul care predomină în cadrul fenomenului de dilatare

a materialului compozit. Se poate evidenția faptul că un număr mare de straturi (ex. 7 straturi)

conduc la diminuări substanțiale ale efectelor dilatării structurilor compozite polimere. În figurile

6.34 la 6.36 sunt reprezentate comparativ valorile medii ale coeficienților liniari de dilatare

termică în intervalele de temperatură selectate ca neprezentând transformări de fază majore ale

materialului matricei polimere, atât în cadrul unui singur ciclu termic de condiționare dar și

cumulativ pentru ambele cicluri termice de condiționare a eșantioanelor.

Fig. 6.34. Valorile medii ale coeficienților de dilatare

pe intervale de temperatură (primul ciclu termic).

Fig. 6.35. Valori comparative ale coeficientului de

dilatare în intervalul 25-75°C (2 cicluri).

Se poate observa că fenomenele de relaxare ale polimerului matricei compozitului sunt

predominant mai mari în cazul temperaturilor superioare celor de tranziție în stare sticloasă, iar

arhitectura cu 5 straturi de pre-preg cu fibre de carbon nu evidențiază diferențe mari între

coeficienții de dilatare liniari de la un ciclu termic la celălalt, indiferent de intervalul de

temperatură în care se efectuează analiza. Această configurație arhitecturală constituie o configu-

rație optimă, care poate asigura individual o funcționalitate optimă a structurii ortotice proiectate.

Rezumatul tezei

57

Fig. 6.36. Valori comparative ale coeficientului de dilatare în intervalul 150-200°C, eșantioane

condiționate termic în 2 cicluri.

6.7. CONCLUZII

Analiza experimentală a eșantioanelor din materiale compozite elaborate în cadrul acestei

teze de doctorat au permis identificarea principalelor proprietăți de material (ex. mecanice,

termo-fizice), a principalilor factori de influență care contribuie la modificările din

comportamentul acestora în exploatare.

58

CAPITOLUL 7

CONCLUZII FINALE. CONTRIBUŢII ORIGINALE.

MODUL DE VALORIFICARE A REZULTATELOR

ŞI DIRECŢII VIITOARE DE CERCETARE

7.1. CONCLUZII FINALE

Cloncluzile finale privind modul de abordare şi de instrumentare a cercetării teoretice şi

experimentale derulate în lucrare pot fi descrise, prin comparaţie, cu obiectivele propuse la

începutul lucrării. Nu trebuie uitat că realizarea fiecărui obiectiv conferă lucrării acurateţe şi

totodată credibilitate ştiinţifică.

Primul obiectiv: studiu sistematic al comportamentului biomaterialelor în biosisteme:

- gama biomaterialelor este structurată în cinci grupe principale: naturale, metalice,

ceramice, polimerice, compozite;

- determinarea comportamentelor biomaterialelor se efectuează cu metode şi procedee de

evaluare mecanice, termice, chimice etc.;

- evaluarea comportamentului mecanic a materialelor compozite stratificate polimerice

armate cu fibre este direcţionată pe tipuri de cercetări experimentale în cadrul cărora se

evidenţiază testele (standardizate) la compresiune şi încovoiere.

Al doilea obiectiv: elaborarea unei metode de analiză biomecanică a membrului inferior.

- studiul sistematic şi sintetic referitor la mişcările efectuate de corpul uman este posibil cu

ajutorul aparatului locomotor;

- în cursul diferitelor mişcări şi poziţii pe care le au, componentele membrului inferior,

bazinul, şoldul, coapsa, genunchiul, gamba, glezna şi piciorul acţionează ca un lanţ cinematic

deschis (fără rezemare la sol) sau închis (cu rezemare pe sol). Natura lanţului cinematic a

membrului inferior determină şi tipul pârghiei sub care funcţionează componenta sa;

- mersul corespunde unei activităţi musculare, ciclice coordonate şi autonomă, activitate

condusă de centrii nervoşi corticali, contribuţia principală avand-o musculatura membrelor

inferioare ce acţionează asupra articulaţiilor membrelor;

- parametrii cinetici definesc comportamentul centrului de greutate a corpului şi mişcările

efectuate de componentele membrului inferior;

- lamela protetică reproduce în fazele de sprijin şi fuleu întâlnite la alergare cu piciorul

valid;

- la sfârşitul fazei de sprijin lamela protetică îşi reia forma iniţială prin eliberarea energiei

înmagazinate în faza de sprijin, prin aceasta propulsează corpul înainte.

Al treilea obiectiv: elaborarea de metode teoretice de analiză a comportamentului

biomaterialelor compozite epoxi/fibre de carbon din construcţia lamelelor protetice „J”:

- lamelele protetice „J” pot fi fabricate în două variante constructive: sub formă de piesă

monobloc prin procedeul de turnare prin RTM-Resin Transfer Molding si sub forma unui

stratificat format din lamele preimpregnate de compozit epoxi armat cu fibre de carbon.

Rezumatul tezei

59

- principale caracteristici ale procesului de injecţie, ce sunt importante la optimizarea

procesului real de fabricarea a lamelei protetice: viteza medie de curgere a materialului în

matriţă, prezenţa şi distribuţia golurilor de aer, orientarea elementului injectat, distribuţia

câmpului deformaţiilor în interiorul elementului, variaţia câpurilor de presiune în timpul şi după

finalizarea procesului de injecţie, timpul necesar polimerizării materialului;

- ipotezele generale ce definesc compozitele stratificate epoxi armate cu fibre de carbon:

lamina este omogenă şi ortotropă, liniar elastică şi nu are tensiuni iniţiale;

- laminele compozite ale stratificatului sunt aderente una faţă de cealaltă şi suportă aceleaşi

deformaţii într-un punct dat a stratificatului.

- deplasările în lamelă se micşorează pe măsură ce scade şi forţa de solicitare;

- în cazul în care lamela are o grosime variabilă, mai mica la vârf, se îmbunătăţeşte

comportamentul mecanic al laminei protetice.

Al patrulea obiectiv: elaborarea de noi metode de determinare experimentală a

comportamentului mecanic şi termic al compozitului stratificat epoxi/fibre de carbon:

- noua procedura de determinare a caracteristicilor mecanice include metodele de încercare

la compresiune; la îndoire şi metoda de analiza DMA-Dynamical Mechanical Analyser;

- metoda DMA oferă date suplimentare privind comportamentul mecanic al compozitelor.

7.2 CONTRIBUŢII ORIGINALE

Teza de doctorat „Metode şi mijloace de analiză a comportamentului bio materialelor din

structura biostemelor” îmbină în esenţă elementelor de cercetare din domeniile: anatomia

omului, biomateriale, biomecanica mişcărilor aparatului locomotor al membrului inferior,

materiale compozite stratificate epoxi armate cu fibre de carbon, încercarea mecanică a

materialelor etc. Contribuţiile originale ale tezei pot fi rezumate:

necesitatea extinderii cercetărilor sistematice privind comportamentul mecanic şi termic

al materialului lamelei protetice din construcţia protezei la sportivii amputaţi transtibial;

efectuarea unui studiu bibliografic complex a conceptului de comportament a

biomaterialelor din structura biosistemelor;

abordarea sistematică a structurii biomaterialelor din cadrul biosistemelor în corelare cu

aspectele specifice ale comportamentului şi a metodelor de determinare a acestora;

modelul de abordare sistematică a procesului de degradare a biomaterialului realizat pe

baza unui cercetări bibliografice actuale;

realizarea sintezei privind factorii ce determină comportamentul mecanic a

biocompozitelor stratificate armate cu fibre cât şi a metodelor de determinare a acestuia;

structura metodicii de cercetare a caracteristicilor anatomice şi biomecanice ale

membrului inferior;

abordarea sistemică a parametrilor mersului şi alergării: parametrii spaţio-temporali,

parametrii cinematici şi parametrii cinetici;

studiul, în logica mişcării locomotorie a mersului şi alergării, a modului de acţionare a

forţei de reacţie a solului asupra corpului uman;


60

prezentarea într-o manieră sistematică a mecanismelor ce definesc cinematica şi cinetica

alergării şi sprintului la amputaţii transtibiali;

simularea procesului de injecţie cu procedeul RTM a lamelei protetice „J”, cât şi a

epruvetelor necesare testelor mecanice;

particularizarea calcului comportamentului mecanic şi termic a stratificatului epoxi armat

cu fibre de carbon pentru lamela proteică;

simularea în regim static şi dinamic a comportării mecanice a stratificatului epoxi/fibre de

carbon pentru diferite straturi a materialului lamelei „J”;

simularea cu ajutorul programului LabView a rezistenţei compozitului stratificat epoxi

armat cu fibre de carbon pentru diferite încercări ale lamelei protetice şi diferite grosimii

ale acesteia;

elaborarea metodologiei de determinarea experimentală a proprietăţilor mecanice şi

termice a compozitului stratificat epoxi armat cu fibre de carbon;

definirea condiţiilor de de desfăşurare a testelor mecanice şi termice a stratificatului epoxi

armat cu fibre de carbon în succesiunea 3,5 şi 7 straturi;

definirea construcţiei stratificatului: 3, 5, 7 straturi –lamele unidirecţionale învelite cu

lamele cu ţesătură tip diagonală;

includerea testului DMA – Dynamical Mechanical Analysis, în metodologia de măsurare

experimentală a caracteristicilor mecanice ale stratificatului armat cu fibre de carbon;

folosirea structurii stratificatului cu 3,5 şi 7 straturi în determinarea caracteristicilor

termice ale acestuia în configuraţia constructivă a stratificatului.

7.3 MODUL DE VALORIFICARE A REZULTATELOR

Cercetările ştiinţifice efectuate asupra temei de doctorat şi domeniilor adiacente ei, s-au

materializat prin următoarele rezultate valorificate prin publicaţii în reviste de specialitate, prin

contracte de cercetare şi brevet de invenţie, ca sunt structurate în felul următor:

- 2 lucrări în ISI Jornal;

- 2 lucrări în ISI proceedings;

- 7 lucrări în conferinţe internaţionale cu comitet de program;

- 1 contract de cercetare si 1 brevet de invenţie: nr a 2013 00388/23.05.2013.

Dintre acestea, autorul este: la 1 – unic autor; 6 – prim autor; la 4 – coautor.

7.4 DIRECŢII VIITOARE DE CERCETARE

Rezultatele teoretice şi experimentale dezvoltate în prezenta teză de doctorat deschid noi

căi de cercetare în urmatoarele principale direcţii:

- studiul comportamentului mecanic a compozitului epoxi/fibre de carbon injecat RTM;

- realizarea de standuri experimentale pentru ansamblurile lamela protetică „J” şi „C”;

- cercetări privind optimizarea parametrilor cinetici la alergare şi sprint la amputaţi;

- concepţia şi testarea noului design pentru protezele transtibiale cu lamele protetice;

- cercetări privind optimizarea cercetărilor experimentale a stratificatelor epoxi formate

din lamele cu ţesături în diagonală, impregnate folosind metoda DMA.

61

BIBLIOGRAFIE SELECTIVA

[Ală.97] Alămoreanu, E., Chiriţă, Bare si plăci din materiale compozite, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1997.

[Alb.98] Albu, I., Georgia, R., Vaida, Al.: Anatomia omului. Aparatul locomotor. vol. 1, Ed. Bic All,

Bucureşti, 1998.

[Ant.86] Antonescu, D., Buga, M., Constantinescu, I., Iliesu, N., Metode de calculşi tehnici

experimentale de analiza tensiunilor în biomecanică, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1986. [Art.03] Artner, J., The basics introduction to skeletal anatomy. În: Atlas of human skeletal anatomy,

Artner, J., Gergelova, K., Peknz, P., pp. 1-22, available from: www.slideshare.net/.../atlas-of-humanskeletalan,

accesed: 2003. [Avr.13] Avramescu, T. E., Bazele anatomice ale miscării, available from:

cis01.central.ucv.ro/educatie_fizica-kineto/pdf/.../carte_anatomie_LP.pdf , accesed: 2013.

[Bac.77] Baciu, C., Anatomia funcţională şi biomecanica aparatului locomotor (Cu aplicaţii la

educaţia fizică). Ed, III-a, editura Sport-Turism, Bucureşti, 1977.

[Bac.81] Baciu, C., Aparatul locomotor (Anatomie funcţională, biomecanică, semiologie clinică, diagnostic dierenţial). Ed. Medicală, Bucureşti, 1981.

[Bah.11] Bahije, L., W.Rerhrhaye, W., N.Merzouk, N., Zaoui, F., La corrosion bactérienne des alliages orthodontiques en NiTi dans le milieu buccal. available from:

http://www.fmdrabat.ac.ma/wjd/V5N1/4corrosion.htm , accesed: 2012.

[Bal.07] Balazic, M., Kopac, J., Jackson, J. M., Ahmed, W., Review: titanium and titanium alloy applications in medicine. International Journal of Nano and Biomaterials, vol. 1, no. 1, pp. 3-34, 2007.

[Bej.08 ] Bejinaru Mihoc, Gh., Pop, A., Ciofoaia, V. şi Mitu, L., Systemic approach to technological

transfer. Annals of the Oradea University. Fascicle of Management and Technological Engineering, vol. VII

(XVII), pp.1911-1916, 2008.

[Bej.10] Bejinaru Mihoc, Gh., Pop, A. P., Mitu, L, G, Geaman, H, Bejinaru Mihoc, Al., Characteristics

of the composite materials cutting process, Bul. 3rd

International Conference Advanced Composite Materials

Engineering COMAT 2010‟‟ Braşov, 2010

[Bej. 11] Bejinaru Mihoc, Gh., Pop, A., Geaman, H., Cazangiu, D., Mitu, L., (2011). A review of the drilling processes of composite materials. Annals of the Oradea University. Fascicle of Management and

Technological Engineering, vol. X (XX), no.1. pp. 4.5-4.12, 2011.

[Ber.12] Berthelot, J.-M., Matériaux composites (5ème édition) : Comportement mécanique et analyse des structures. ISBN 978-2743014506, Eds. Tec & Doc, Lavoisier, 2012.

[Bla.12] Blanchi, J. P., Trouillon, P. P. M., Vaussenat, R., Biodynamique de la course. Role du membre

oscillant, available from: visio.univ-littoral.fr/revue-staps/pdf/31.pdf, accesed : 2012.

[Boi.02] Boini, M., Cinesiologie du membre inferieur, available from:

naifox.free.fr/K1/Cinesio.../La%20hanche.doc ., 2002. [Bul.12] Bulancea, V., Biomateriale. available from: http://www.tuiasi.ro/users/112/V.%20 Bulancea-

Biomateriale.pdf, 2012, accesed :2013.

[Cut.09] Curtu, I., Motoc Luca, D., Micromecanica materialelor composite, Ed. Universitatea

Transilvaniadin Brasov, 2009.

[Ded.81] Dedieu, Ph., Dinamique de coordination chez l 'homme De la coordination intra-membre á la coordination inter-membres, Thèse L‟Universitè de Touluse, 2011.

[Dja.07] Djamo, O., Anatomie. Ed. Fundaţiei România de Mâine, Bucureşti, 2007.

[Dom.06] Domşa, Şt., Selecţia şi proiectarea materialelor. Ed. U. T. Press, Cluj-Napoca, 2006.

[Dro.12] Drosescu, P., Poeană, M., Anatomia. Universitatea „Al. I .Cuza” Iaşi,

Facultatea de Educaţie Fizică şi Sport, Iaşi, 2012.

[Dru.11] Drugă, N-C., Contribuții la studiul în exploatare a elementelor de protezare. Teză de doctorat,

Universitatea ,,Transilvania‟‟ din braşov, 2011.

[Dug.05] Dugan, A. Sh., Bhat, P. K., Biomechanics and analysis of running gait, Physical Medicine

Rehabilitation Clinics of North America, no.16, pp.603–621, 2005, available from:

demotu.org/.../DuganPMRCNA05running.pdf , accesed: 2012.

[Fai.03] Faivre, A., Conception et validation d’ un nouvel outil d’analyse de la marche, Thèse, L‟

Universite de Franche-Comte, 2003.

[Gil.04] Gillet, Ch., Analyse biomecanique de la marche et proposition de classes de marcheurs - application au portage de sacs a dos. These, L‟Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, 2004.

[Gro.04] Grøndahl, L. Materials for life: Bone biomaterials. available from:

www.uq.edu.au/.../grondahll.html?uv...3, University of Queensland, 2004, accesed: 2013.

[Hen.04] Hennes, G., Nissan-Ben, B., Innovative bioceramics, Materials Forum, vol. 27, pp. 104 – 114,

2004.

http://www.slideshare.net/.../atlas-of-humanskeletalan

http://www.fmdrabat.ac.ma/wjd/V5N1/4corrosion.htm

http://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=.+Int.+J.+Nano+and+Biomaterials&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CDEQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.inderscience.com%2Fjhome.php%3Fjcode%3Dijnbm&ei=-VujUY7SKoS74ATvmoGYAw&usg=AFQjCNGr8LGxvt7Kjsn3RAp7AAA4gP1wIg&bvm=bv.47008514,d.bGE


62

[Ifr.78] Ifrim., M., Iliescu , A., Anatomia si biomecanica educaţiei fizice şi sportului . Ed. Didactică şi

Pedagogică, Bucureşti, 1978

[Kar.05] Karadeniz, H. Z., A numerical study on the thermal expansion coefficients of fiber reinforced composite materials, Thesis, Dokuz Eylül University, Izmir, 2005.

[Kla.95] Klasson, L. B., Carbon fibre and fibre lamination in prosthetics and orthotics:

some basic theory and practical advice for the practitioner. Prosthetics and Orthotics International, no. 19, pp.

74-91, 1995.

[Koh.09] Kohn, H. D., Bioceramics. Chapter 15, În: Biomedical Engineering and Design Handbook,

vol.1, ed. M. Kutz, ISBN 978-0-07-1498388, pp. 357-381, McGraw-Hill Professional, 2009.

[Kon.13] Konttinen, T. Z., Milošev, I., Trebše, R., Rantanen, P., Linden, R., Tiainen, M-V., Virtanen,

S., Metals for joint replacement. pp. 1-33, available from: www.unisi.it/.../Konttinen_et_al__Book_chapte..., accesed: 2013.

[Lab.12] Labalue, Ph., La cheville,: www.provincedeliege.be/.../La%20cheville.pdf , accesed: 2012.

[Lah.10] Lahreche, H., (2010), Introduction aux biomatériaux, available from: http://www.psevs.eu/

index.php?option=com_k2&view=item&id=4:introduction-biomateriaux&Itemid=18, accesed: 2012.

[Lav.07] Laval-Servant, A., Anatomie fonctionnelle. Faculté de Médicine, Université Pierre et Marie

Curie, Paris, 2007.

[Lec.99] Lecointe, D., Caracterisation et simulation des processus de transferts lors d’injection de

resine pour le procede RTM, Thèse, Universite de Nantes, 1999.

[Lem.07] Lemaitre, J., Biomatériaux. Dispositifs médicaux et réglementation. Laboratoire de

Technologie des Poudres-EPFL MX Ecublens, CH-1015 Lausanne Suisse, ltp2.epfl.ch/Cours/Biomat/BioMat-

12.pdf, 2007.

[Lep.07] Lepoutre, Ph. J., Modélisation biomécanique du mouvement : Vers un outil

d’évaluation pour l’instrumentation en orthopédie. Thèse, L‟Université du sud Toulon – Var, 2007.

[Lij.03] Li, J., Development of integrated process design environment and statistical analysis of RTM

process, The Florida State University, 2003.

[Lou.12.a] Louis, H., Travail des appuis, available from: cursus.univ-

rennes2.fr/file.php/.../C1appuis.pdf , accesed: 2012.

[Man. 86] Manea, Gh., Prelucrarea prin injecţie a materialelor plastice, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1986.

[Maz.12] Mazet, A., Adaptations biomécaniques de la course à pied après une pathologie du membre

inférieur : Etude des modifications du pattern de course dans les suites d’une plastie du Ligament Croisé

Antérieur, Universite Jean Monnet, Grenoble – France, 2012. [Mit.12] Mitu,L Aspects regarding biocompatibility issues on metallic materials. The 4

th International

Conference “Advanced Composite Materials Engineering” Comat 2012 and 2th

International Conference

Research & Innovation in Engineering ISBN 978-973-131-164-7, pp 872-875.

[Mit.12] Mitu, L. Motoc, L, D, Bejinaru, M, G, Geaman, V. Drilling precision analysis of the

polymeric composite materials, Proceedings of The 16th

International Conference, Modern Tehnologies, Quality and Innovation vol II, p 625-628, Sinaia 2012.(ISI)

[Mit.12] Mitu, L., Bejinaru Mihoc, Gh., Perspectives on biomaterials classification issue. 4th

International ConferenceAdvanced Composite Materials Engineering COMAT 2012, pp. 876-880, Braşov,

Romania, 2012.

[Mit. 12] Mitu, L., Motoc Luca, D., Assesing the main influecing factors on the thermal properties of

the polymeric composite materials. ModTech International Conference - New face of TMCR, Modern

Technologies, Quality and Innovation - New face of TMCR , pp. 629-632, Sinaia, Romania, 2012.

[Mit.13] Mitu. L. G., Roşca. C. I,, Santiago. F. B., Ultra-high molecular weight polyethylene-

UHMWPE behaviour in injection molding processes. Metalurgia International, Vol. XVIII, 2013, Special

Issue No. 6, pp 103-106.

[Mit.13] Mitu. L. G., Santiago. F. B., Roşca. C. I,, Bejinaru. M. G., Experimental reseaech concerning

the plastics materials behaviour in medical engineering. Metalurgia International, Vol. XVIII, 2013, Special

Issue No. 6, pp 127-130.

[Mis.13] Mischler, Şt., Muňoz, T. A., Wear of CoCrMo alloys used in metal-on-metal hip joints: A

tribocorrosion appraisal, Wear, vol. 297, pp. 1081–1094, 2013.

[Mot. 11] Motoc Luca, D., Mitu, L., Modelling and characterizing new multiphase polymeric

composites as materials for heating systems, Buletinul AGIR, no. 1, 64-70, 2011.

[Nic.11] Niculita, C., Contribuţii teoretice şi experimentale privind aripa adaptivă (morphing) pentru

aeronave, Universitatea Transilvania din Brasov, 2011.

[Nis.80] Nistor, D., Ripszky, s., Tzrael, Gh., Materiale termorigide armate, Ed. Tehnica, Bucuresti,

1980.

[Not.13] Nothias, A., La place des protheses dans l'handisport, available from: tpe-protheses-membres-

inferieurs-2013.e-mons, accesed: 2013.

http://www.unisi.it/.../Konttinen_et_al__Book_chapte

http://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CC4QFjAA&url=http%3A%2F%2Ftpe-protheses-membres-inferieurs-2013.e-monsite.com%2Fpages%2Fii-la-place-des-protheses-dans-l-handisport%2F&ei=WMNWUpHcJ8iw4QStqoDwBw&usg=AFQjCNEb25CRW8qg1JXVd5SYeDAznNYwVw&bvm=bv.53760139,d.bGE&cad=rja

Rezumatul tezei

63

[Ola.98] Olariu, V., Roşca, I., Radu, N. Gh., Baritz, M., Barbu, D., Biomecanica, vol.1, Bazele

biomecanicii. ISBN 973-9372-01-5, Ed. ,,Macarie‟‟, Colecţia, ,,Universitaria‟‟, Târgovişte, 1998.

[Oli.08] Olivier, H.-A., Analyse dans le plan courbure-vitesse d’un changement de direction lors de la

marche, Thèse, l‟Université Européenne de Bretagne, Rennes, 2008.

[Ōun.94] Ōunpuu, S., The biomechanics of walking and running, Clinics in sport medicine, vol. 13, nr.

3, 1994.

[Pai.04] Pailler, D., Sautreuil, P., Piera, B-J., Genty, M., Goujon, H., Évolution des prothèses des sprinters amputés de membre inférieur, Annales de réadaptation et de médecine physique, no. 47, pp. 374–

381, 2004.

[Pap.74] Papilian, V., Anatomia omului. vol 1, Aparatul locomotor. Ediţia a V-a, Ed. Didactică şi

Pedagogică, 1974.

[Par.12] Park, E., Biomaterials in medical devices, available from:

maecourses.ucsd.edu/.../Med%20Device%20Lec., accesed: 2012.

[Par.07] Park, J. B., Bronzino, J. D., (Eds.) Biomaterials: Principles and applications, ISBN 078-0-

8493-7888-1, CRC Press, Boca Raton, FL, 2007.

[Pet.98] Peters, T. S., eds., Handbook of Composites, Ed.Chapman Hall, ISBN: 0412540207, Great

Britain, Cambridge University Press, 1998.

[Pop.01] Pop, I. Gh., Biomateriale metalice. ISBN 9975-63-071-5, Ed. Tehnico Info, Chişinău, 2001.

[Pop. 08 ] Popa, C., Cândea, V., Şimon, V., Lucaciu, D şi Rotaru, O., Ştiinţa biomaterialelor.

Biomateriale metalice. ISBN 978-973-662-372-1, Ed. U. T. Press, Cluj-Napoca, 2008.

[Pri.12] Prince, Fr., Therrien, G. R., Application of sports biomechanics for lower limb amputees,

available from: https://ojs.ub.uni-konstanz.de/cpa/article/download/1791/1664 , accesed: 2012.

[Rad.09] Radu. C., Contribuţii la studiul elementelor de protezare obţinute prin prototipare rapidă. Teza de doctorat, Universitatea ,,Transilvania” din Brasov, 2009.

[Roş.10] Roşu, D., Contribuţii teoretice şi experimentale la structuri din materiale compozite noi. Teză

de doctorat, Universitatea ,,Transilvania‟‟din Braşov, 2010.

[Sal.09] Saltzman, M. W., Biomedical engineering. Bridging medicine and technology. ISBN 978-0-

521-84099-6, Cambridge University Press, Cambridge, 2009.

[Sas.06] Sasaki, K., Neptune, R. R., Differences in muscle function during walking and running at the

same speed, Journal of Biomechanics, no. 39, pp. 2005–2013, 2996.

[Sed.08] Seddiki, L., Développement et commande T-S d’une machine de rééducation des membres inférieurs en chaîne musculaire fermée. Thèse, Université de Reims Champagne-Ardenne, 2008.

[Şer. 96] Şereş, I., Injectarea materialelor termoplastice, Ed. Imprimeriei de Vest, ISBN 973-97653-6-2,

Oradea, 1996.

[Teo.07] Teodorescu, H., Fundamentele şi mecanica materialelor compozite polimerice. Ed.

Universităţii ,,Transilvania‟‟ Braşov, ISBN 978-973-635-878-4, Braşov, 2007.

[Vla.08] Vlase, S., Teodorescu D, Horaţiu., Purcărea, R., Modrea, A., Mecanica materialelor compozite

armate cu fibre. Ed. Infomarket, ISBN 978-973-8204-98-0, Braşov, 2008.

[Ver.12] Versier, G., Biomécanique de l’articulation coxo-fémorale, available from:

www.clubortho.fr/.../cours_20biomecanique_2, accesed: 2012.

[Vie.00] Viel, E., La marche humaine, la course et le saut. Biomécanique, explorations et

dysfonctionnements. Ed. Masson, Paris, 2000.

[Voi.12] Voinescu, M., Contribuţii la creşterea performanţelor protezelor transtibiale. Teză de

doctorat, Universitatea ,,Politehnica” din Timişoara, Facultatea de Mecanică, 2012.

[Wei.10] Weiss, P., La chimie des polymères. umvf.univ-nantes.fr/odontologie/.../cours.pdf , 2010.

[Wil. 92] Williams, D. F., Black, J. şi Doherty, P. J., Consensus report of second conference on definitions in biomaterials. In: Doherty PJ, Williams RL, Williams DF & Lee AJC (eds) Biomaterial-tissue

interfaces, vol.10. Elsevier, Amsterdam, p 525-533, 1992.

[Won. 07] Wong, Y. J., Bronzino, J. D. (eds.)., Biomaterials. Principles and Applications. ISBN 0-

8493-1491-7, Ed., CRC Press, Boca Raton, FL, 2007.

[*Ana.12] *** Anatomia bazinului osos, available from: ro.scribd.com/doc/78329400/ANATOMIA-

BAZINULUI-OSOS , 2012.

[*Ana.13] *** Anatomie et mécanique. Physiologie articulaire du genou, available from:

www.genou.net/Pages/anatomie/anatomie.htm, accesed: 2013.

[*Are.13] * * * ARES-G2 Rheometer. Getting Started guide, available from:

www.dpc.kt.dtu.dk/~/.../SHEAR%201.ashx, accesed: 2013.

[*Ari.13] * * * ARTICULATII - Fiziologie Boli si Tratamente, available from: www.mediculmeu.com › Boli si Tratamente › Fiziologie, accesed: 2013.

http://www.clubortho.fr/.../cours_20biomecanique_2

http://www.dpc.kt.dtu.dk/~/.../SHEAR%201.ashx

http://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCwQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.mediculmeu.com%2Fboli-si-tratamente%2Ffiziologie%2Farticulatii.php&ei=T9BbUonjN66P4gTCw4CwDg&usg=AFQjCNFsr-R4vyvlpkOvlNfzq4nlC0foxg&cad=rja

http://www.mediculmeu.com/boli-si-tratamente/index.php

http://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CC8Q6QUoATAA&url=http%3A%2F%2Fwww.mediculmeu.com%2Fboli-si-tratamente%2Ffiziologie%2Findex.php&ei=T9BbUonjN66P4gTCw4CwDg&usg=AFQjCNEzAw4UeB6P84icv2LeapthU87PdQ


64

[*Ast. 93] ASTM D790. Standard Test Methods for Flexure Properties of Unreinforced and Reinforced

Plastics and Electrical Insulating Materials, USA: American Society for Testing Materials, (1993).

[*Atl.08] * * * Atlas de anatomie. ISBN 978-973-845-957-1, Ed. Steaua sudului, Bucureşti, 2008.

[*Che.12] * * * Cheville, available from: coursenligne.u-picardie.fr/ines/.../Cheville.pd, accesed: 2012.

[*Cmm.13] * * * Comment fonctionne une prothèse handisport ?, du-muscle-a-la-prothese.e-

monsite.com/...handi.

[*Dma.12] * * * Dynamic Mechanical Analysis of epoxy-carbon fiber composites, Ch.4. available from:

programlar.fbe.itu.edu.tr/GetFile.aspx?gid, accesed: 2012.

[*Dma.13] * * * Dynamic mechanical analysis, available from:

en.wikipedia.org/.../Dynamic_mechanical_anal., accesed: 2012.

[*Des.13] * * * Design of a prosthesis for running in composite materials, available from:

www.scribd.com/.../Design-of-a-Prosthesis-for-., accesed: 2013.

[*Fem.12] * * * Femurul – Anatomia corpului uman- Corpul uman. available from: www.corpul-

uman.com › Anatomie › Scheletul si Muschii , accesed: 2012.

[*Glo.06] * * * Glossaire des materiaux composites – CARMA, 2006, available from:

http://www.materiatech-carma.net/html/pdf/GlossaireMateriauxComposites_CARMA.pdf.

[*Gui.12] *** Guide to composites. available from:

https://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/53758/.../Guide_to_composites.pdf , [cited 2012].

[*Hex.13] * * * HexPly® Prepreg Technology, Hexcel Corporation, Publication No. FGU 017c, 2013,

available from: www.hexcel.com/.../Prepreg_Technology.pdf .

[*Iso.93] *** ISO 10993, Biological evaluation of medical devices.

[*Iso.94 ] *** ISO/TC 194 - Biological evaluation of medical devices, available from:

www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/cat, accesed: 2012.

[*Les.13] *** Les différentes méthodes de fabrication des orthèses. available from: www.chabloz-

orthopedie.com/...jambes/.../40 , accesed : 2013.

[*Lin.13] *** Linear coefficient of thermal expansion, available from: www.ndt-

ed.org/.../Materials/.../ThermalExpans, accesed : 2013.

[*Pro.08] * * * Prosthetics lower extremities, Otto Bock catalogues, available from:

http://kinetechmedical.com/Catalogues/LowerExtremities.pdf, 2008.

[*Pol.11] * * * Les polymers. available from: www.sciences-physiques.net/.../230720122116, accesed :

2011.

[*Öss.13] * * * Össur catalogue prothèses 2012/2013. available from:

www.ossur.fr/lisalib/getfile.aspx?itemid=29816, accesed :2013.

[*Sre.00.a] * * * SR EN ISO 14125, Compozite de materiale plastice armate cu fibre, Determinarea proprietăţilor de încovoiere, 2000.

http://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CDEQFjAA&url=http%3A%2F%2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FDynamic_mechanical_analysis&ei=cc9rUtzvKMe14ATh_IDgCQ&usg=AFQjCNGJMSQOHL7_6kLSX5kfbW4_QvkknQ&bvm=bv.55123115,d.bGE&cad=rja

http://www.scribd.com/.../Design-of-a-Prosthesis-for-

http://www.corpul-uman.com/despre/anatomie

http://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=17&cad=rja&ved=0CH0Q6QUoATAQ&url=http%3A%2F%2Fwww.corpul-uman.com%2Fdespre%2Fanatomie%2Fscheletul-si-muschii&ei=8jMSUpKqBISC4AS9tIHQCQ&usg=AFQjCNHQP-wbTNqwH-Ya_XwWO4lGlA0YTg&bvm=bv.50768961,d.Yms

http://www.materiatech-carma.net/html/pdf/GlossaireMateriauxComposites_CARMA.pdf

http://kinetechmedical.com/Catalogues/LowerExtremities.pdf

http://www.sciences-physiques.net/.../230720122116

http://www.ossur.fr/lisalib/getfile.aspx?itemid=29816

Rezumatul tezei

65

Rezumat

Teza de doctorat intitulată „Metode şi mijloace de analiză a comportamentului bio materialelor

din structura biostemelor” îşi propune la început un studiu sistematic al categoriilor de biomateriale şi a

caracteristicilor mecanice, chimice, termice etc. ale acestora. Studiul este finalizat cu metode şi mijloacele

pentru analiza comportamentului materialelor biocompozite. Pe baza acestui studiu, lucrarea de cercetare

se concentrează pe analiza comportamentului mecanic şi termic al compozitelor stratificate formate din

lamele epoxi preimpregnate armate cu ţesături din fibre de carbon unidirecţionale şi în diagonală. Aceste

categorii se stratificate sunt utilizate în construcţia lamelelor protetice în formă de „J” la protezele

sportive purtate de alergători în fazele de concurs şi de antranament. Pentru a se identifica caracteristicile

de utilizare a acestora stratificate în lucrare s-au dezvoltat două direcţii de cercetare : 1-elaborarea unei

metodici de analiză a caracteristicilor anatomice ale membrului inferior privind: sistemul osos, sistemul

articulaţiilor, biomecanica mersului şi alergării la persoanele neamputate, biomecanica mersului şi

sprintului la amputaţii cu proteze sportive ce conţin lamele protetice „J” ; elaborarea de metode teoretice

de analiză a stratificatului compozit alcătuit din lamele epoxi armate cu ţesături din carbon,

unidirecţionale şi în diagonală. Cercetarea se finalizează cu elaborarea de proceduri de determinare

experimentală a caracteristicilor mecanice şi termice ale compozitului stratificat din lamele epoxi armate

cu ţesături din carbon, unidirecţionale şi în diagonală. Procedurile de cercetare experimentală cuprind

încercări de compresiune, încovoiere, analiza cu metoda DMA- Dynamical Mechanical Analyser şi

încercări de determinare termică. Epruvetele testate sunt formate din stratificate din 3,5 şi 7 lamele avînd

ţesături de carbon unidirecţionale şi în diagonală. Rezultatele experimentale permit determinarea valorilor

reale ale legii de elasticitate a laminei şi respectiv a compozitului cât şi a analizei privind comportamentul

termic real al compozitului. Teza de doctorat imbină cunoştinţe din diverse domenii: anatomi,

biomecanică, biomateriale, materiale compozite stratificate, fizică. etc. Lucrarea de cercetare este de mare

actualitate, cu ridicat potenţial în domeniul sportiv cît şi în îmbunătăţirea confortului şi pshicului

amputaţiilor transtibial.

Abstract

The PhD. thesis entitled “Methods and means of analysing the behaviour of biomaterials within

the biosystems’ structure”, aims, from the start, a systematic study of the biomaterials categories and

their mechanical, chemical, thermal, etc. characteristics. The study is completed with methods and means

for analysing the behaviour of biocomposites materials. Based on this study, the research work focuses on

the analysis of the mechanical and thermal behaviour of layered composites consisting of epoxy prepreg

blades reinforced with unidirectional and in diagonal carbon fibre fabrics. These layered categories are

used in the construction of prosthetic blades in the form of "J" in order to support dentures worn by

runners in the stages of competition and training. In order to identify the characteristics of these layered

categories, in the paper were developed two lines of research: developing a method for analyzing the

anatomy of the lower limb regarding: the skeletal system, the joint system, gait and running biomechanics

on non-amputees, gait and sprint biomechanics on amputees with sports prostheses which contain the

prosthetic blades “J”; developing theoretical methods to analyse the layered composite made of epoxy

blades reinforced with unidirectional and in diagonal carbon fibres. The research concludes with the

development of experimental procedures for determining the mechanical and thermal characteristics of

layered composite made of epoxy blades reinforced with unidirectional and in diagonal carbon fibres. The

experimental research procedures include compression and bending tests, the analysing method

Dynamical Mechanical Analyser DMA and thermal determination tests. The test specimens consist of

layered composites with 3, 5 and 7 blades having unidirectional and in diagonal carbon fabrics. The

experimental results allow the determination of the real values of lamina, and respectively composite

elasticity law and also of the analysis regarding the composite real thermal behaviour. The thesis

combines knowledge from different areas: anatomy, biomechanics, biomaterials, layered composite

materials, physics, etc. The research paper is of an actual interest with high potential in sports and in

improving the comfort and the psychic of the persons that suffered transtibial amputation.


66

CURRICULUM VITAE

Nume: MITU

Prenume: Leonard Gabriel

DATA NAŞTERII: 03.09.1983, BRAŞOV, ROMÂNIA;

Adresă: Calea Bucureşti, nr.52, bl.S24, sc.A, ap.02, Braşov,

Telefon: +40-742-817958;

E-mail: [email protected]

Naţionalitate: Română;

Stare civilă: Căsătorit;

STUDII:

2009-2011 Master: Ingineria şi managamentul materialelor avansate- metalice, ceramic şi

compozite, Universitatea Transilvania din Brasov;

2004-2009 Studii universitare: Universitatea Transilvania din Braşov, Facultatea de Ştiinţa şi

Ingineria Materialelor, specializarea Inginerie Economică Industrială;

2001-2004 Liceu: Colegiul Tehnic “Remus Răduleţ” Braşov, - electrician;

1998-2001 Şcoala Profesionala "Auto" Braşov, profilul mecanic-auto

ACTIVITATE PROFESIONALĂ:

2010-prezent Doctorand cu frecvenţă - Universitatea “Transilvania” din Braşov, Departamentul

Design de produs, Mecatronica si Mediu;

ABILITĂŢI SOFTWARE :

- SOLIDWORKS, AUTODESK MOLDFLOW, MATLAB.

LIMBI STRĂINE :

- Engleza - bine

ACTIVITATE ŞTIINŢIFICĂ:

Lucrări publicate:

2 lucrări în ISI Jornal;

2 lucrări în ISI proceedings;

7 lucrări în conferinţe internaţionale cu comitet de program;

1 contract de cercetare;

1 brevet de invenţie.

Rezumatul tezei

67

CURRICULUM VITAE

Name: MITU

First name: Leonard Gabriel

DATE OF BIRTH: 03.09.1983

Address: 52, Calea Bucuresti Street, 500326, Brasov, Romania

Phone: +40-742 817958;

E-mail: [email protected]

Nationality: Romanian;

Social status: Married

STUDIES:

2009-2011 Master „‟Advanced Metal, Ceramic and Composite materials Engineering

and Management‟‟ Transilvania University of Brasov, Faculty of

Mechanical Engineering

2004-2009 Degree in Economic Engineering, specialization: Industrial Engineering.

Education System. Transilvania University of Brasov, Faculty of

Mechanical Engineering

2001-2004 Technical College Remus Radulet

1998-2001 Professional school Auto Braşov,

PROFESIONAL EXPERIENCE:

2010-present PhD Student - Transylvania University of Brasov,

SOFTWARE SKILLS: - SOLIDWORKS, AUTODESK MOLDFLOW, MATLAB.

FOREIGN LANGUAGES:

- English - well

SCIENTIFIC ACTIVITY:

- Published papers:

2 scientific papers in ISI Journal;

2 scientific papers in ISI proceedings;

7 scientific papers at international conferences with program committee;

1 research contract;

1 invention patent.

Metode și mijloace de analiză a comportamentului ... · Metode pentru determinarea, studiul şi...

Documents

Transcript of Metode și mijloace de analiză a comportamentului ... · Metode pentru determinarea, studiul şi...