Friction coefficient for synovial fluid unsymmetrical flow in human hip joint.

• Autorzy: Wierzcholski K.

Warianty tytułu

PL

Współczynnik tarcia dla niesymetrycznego przepływu cieczy synowialnej w stawie biodrowym człowieka.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Analysis of the friction coefficient for synovial unsymmetrical fluid flow in human hip joint is presented in this paper. We assume: stationary, isothermal and incompressible synovial unsymmetrical fluid flow, rotational motion of human bone head, changeable synovial non-Newtonian fluid viscosity, changeable gap height in human joint, and constant synovial fluid density. A new element of this paper are analytical formulae for friction coefficient and numerical values, which contain changeable synovial fluid viscosity and changeable height of bearing gap for unsymmetrical flow of synovial fluid. The main aim of this paper is to calculate a formula for friction coefficient in hip joint for changeable gap height and for hydrodynamic lubrication taking into account rotation of bone head in unsymmetrical flow. Numerical calculations are performed in Mathcad 2000 Proffessional Program, taking into account the method of Finite Differences. This method satisfies stability for numerical solutions of partial differential equations and for values of friction coefficients occuring in human joints. Obtained numerical results of friction coefficients have applications in medicine.

PL

Analiza numeryczna współczynnika tarcia została wykonana dla niesymetrycznego, izotermicznego stacjonarnego przepływu nienewtonowskiej cieczy synowialnej w stawie biodrowym człowieka z uwzględnieniem zmiennej lepkości zależnej od zmian prędkości deformacji w trakcie smarowania. Takie rozwiązania nie były przedmiotem badań w dotychczasowych pracach autora. Nowym wynikiem uzyskanym w niniejszej pracy są numeryczne wartości współczynników tarcia w stawie biodrowym człowieka uzyskane dla rzeczywistych warunków pracy z uwzględnieniem niekonwencjonalnych warunków smarowania. Obliczenia numeryczne zostały przeprowadzone w programie Mathcad 2000 z wykorzystaniem metody różnic skończonych podczas całkowania równań różniczkowych cząstkowych w obszarach smarowania stawu cieczą synowialną. Uzyskane wyniki numeryczne wartości współczynników tarcia występujących w szczelinie stawu biodrowego człowieka zostały porównane z wynikami uzyskanymi przez innych autorów dla cieczy synowialnej o własnościach newtonowskich oraz znalazły zastosowanie w ortopedycznej terapii.

Słowa kluczowe

EN

friction coefficient; human hip joint; hip joint; synovial fluid

PL

współczynnik tarcia; staw biodrowy człowieka; staw biodrowy; ciecz synowialna

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Zagadnienia Eksploatacji Maszyn
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 37, nr 3
• Strony: 181--189
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Wierzcholski K.

• Maritime Academy, Base Technique Department, Morska str. 83, 81-225 Gdynia, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Dowson, D.: Bio-Tribology of Natural and Replacement Synovial Joints. In: Van Mow C., Ratcliffe, A., Woo, S.L-Y.: Biomechanics of Diarthrodial Joint. Springer-Verlag, New York, Berlin, Londyn, Paris, Tokyo, Hong Kong 1990, Vol.2, Chap.29, pp. 305-345.
• [2] Mow, V.C., Holmes, M.H., Lai, W.M.: Fluid transport and mechanical properties of articular cartilage. Journal of Biomechanics ; 17:337-394, 1984.
• [3] Mow, V.C., Ratcliffe, A., Woo S.: Biomechanics of Diarthrodial Joints, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1990.
• [4] Mow, V.C., Soslowsky, L.J.: Friction, lubrication and wear of diarthrodial joints. In: Mow VC, Hayes WC, eds.Basic orthopedic biomechanics.New York:Raven Press; 254—291,1991.
• [5] Mow, V.C., Guilak, F.: Cell Mechanics and Cellular Engineering Berlin, Heidelberg, New York, Springer Verlag, 1994.
• [6] Sieroń, A.: Zastosowania pól magnetycznych w medycynie, Bielsko Biała, Alfa Medica Press, 2000.
• [7] Wierzcholski, K., Pytko S.: Analytical calculations for experimental dependences between shear rate and synovial fluid viscosity. Proc. of Internat. Tribology Conference Japan Yokohama 1995, Vol. 3, pp. 1975-1980.
• [8] Wierzcholski*K., Nowowiejski, R.: The reckoning of friction force and friction coefficient for a hip joint biobearing, (in Polish). Wyznaczanie sil tarcia i współczynnika tarcia w biolozysku stawu biodrowego. Participation of the Author* is 50%. Mechanics in Medicine 3.Proceedings of Scientific Seminar, Rzeszów 1996, pp. 197-205.
• [9] Wierzcholski* K., Nowowiejski, R., Miszczak, A.: Numerical analysis of synovial fluid flow in biobearing gap. (in English). Participation of the Author* is 33%. System Modelling Control 8, Zakopane, vol. 2, 1995, pp. 382-387.
• [10] Wierzcholski* K., Czajkowski, A.: Analysis of the capacity force for synovia symmetrical flow in the human joint with the changeable gap. (in English) Participation of the Author* is 50%. Tribologia 6, 1998 (162) ISSN 0208-7774, pp.1009-1021.
• [11] Wierzcholski* K., Czajkowski, A.: Analysis of the friction force for synovia symmetrical flow in the human joint with the changeable gap (in English). Participation of the Author* is 50%. Tribologia 6, 1998 (162) ISSN 0208-7774, pp. 1022-1034.
• [12] Wierzcholski*.K., Czajkowski, A.: Squeezing out of synovia in biobearing gap (in English). Participation of the Author* is 80%. Tribologia 4, 1998 (160) ISSN 0208-7774. pp. 509-516.
• [13] Wierzcholski* K., Czajkowski, A.: A kinds of friction forces in Biotribology (in English). Participation of the Author* is 50%. Orthopedics and Prothesis Engineering Conference, 2, IOP Białystok, ISBN 83-86272-94-5, Vol. 1, 1999, pp. 357-368.
• [14] Wierzcholski, K.: Synovial fluid squeeze film flow in curvilinear biobearing human gap (in English) Computers in Medicine 5, 1999 Volume II Polish Society of Medical Informatics, pp. 151-156.
• [15] Wierzcholski* K., Czajkowski, A.: Influence of pressure on the synovial squeezing flow parameters in the human joint, (in English). Polish Society of Medical Informatics, (in English) Participation of the Author* is 50%. Computer in Medicin 5, 1999, vol. I, pp. 88-93.
• [16] Wierzcholski* K., Czajkowski, A.: Numerical analysis on influence of pressure on the synovial squeezing flow parameters in the human joint, (in English). Polish Society of Medical Informatics, (in English) Participation of the Author* is 50%. Computer in Medicin 5, 1999, vol. I, pp. 94-100.
• [17] Wierzcholski, K.: Friction forces in human hip joint gap under treatment of magnetic field. (in polish) Siła tarcia w szczelinie stawu człowieka leczonego polem magnetycznym. Tribologia 4, 2001, pp. 875-884.
• [18] Wierzcholski, K.: Human joint lubrication in magnetic field, (in Polish) Smarowanie stawów człowieka z udziałem pola magnetycznego. IX Kongres Eksploatacji Urządzeń Technicznych, Krynica 2001, Conference Proceedings 215-221.
• [19] Wierzcholski, K.: Analytical values of friction forces in human joint in magnetic field for synovial fluid flow with variable viscosity, (in English) Annales Academiae Medicae Silesiensis, Katowice 2001, Supl. 32, pp. 176-183.