Regisztráció és bejelentkezés

A csontvégek szivacsos szerkezetének mechanikai vizsgálata

Csontjaink állandóan fejlődő, strapabíró szervek. Mint azt a mindennapos tevékenységeink alapján tudjuk, jól bírják az ismétlődő terhelést, megfelelően szívós anyagból épülnek fel. Aktív kötőszövetből állnak, azaz a csontot felépítő szövetek folyamatosan lebontódnak, regenerálódnak, (7-10 év alatt teljesen kicserélődnek), ezért idővel nagyobb terheléshez is képesek alkalmazkodni. Így válik képessé a súlyemelők szervezete nagyobb súly viselésére. A Földre visszatérő asztronauták pedig a hosszú súlytalanságban töltött idő után saját testsúlyukat sem képesek megmozgatni, újra kell tanulniuk járni.

A csontok alakja, felépítése nem véletlen: a legkevesebb anyagból a legkedvezőbb mechanikai tulajdonságot kell biztosítaniuk. Ismert, hogy a biztonsági tartalékuk kicsi. A hosszú csontoknál a végek kicsit vastagabbak, ugyanis itt csatlakoznak az inak. A terhek a csontok végeinél adódnak át egyik csontról a másikra. A csont középrészének felépítése belül üreges, kívül tömör csontszövet alkotja. A csontvégeket kívülről vékonyabb tömör csontszövet alkotja, a belső üreges részt viszont sok kis gerendácska tölti be, amik közvetítik az őket érő terhelést a csontközépre.

A tanulmány hipotézise, hogy a csontvégek nemcsak az anyagfelhasználás minimalizálása miatt alakultak ki gerendás módon a tömör helyett, hanem ezen felépítés kedvezőbb az esetleges törések szempontjából is, mivel ebben a struktúrában nehezebben alakul ki átmenő rideg törés. A hipotézist két-dimenziós numerikus modellekkel vizsgáltam: készült egy tömör és egy, a tömör modellben számított főfeszültségi trajektóriákat követő, hálós felépítést szimuláló rúdmodell. A vizsgálat során fokozatosan növekvő erővel terheltem a csontvégeket, és a törésképeket, alakváltozásokat vizsgáltam. A vizsgálatok eredménye azt mutatja, hogy a csontközép és a csontvégek egymáshoz viszonyított méretei érdemben befolyásolják a kialakuló törésképet. A hipotézist igazolja, hogy a hálózatos struktúra duktilitása szignfikánsan nagyobbnak adódott, mint a tömör elrendezésé.

szerző

  • Nemessányi Cecília
    Építészmérnöki mesterképzési szak osztatlan
    egységes, osztatlan képzés

konzulens

  • Dr. Sipos András Árpád
    egyetemi docens, Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék