The measurement of low friction forces in joint cartilage by the oscillating micro-tribometer

• Autorzy: Chizhik S. , Wierzcholskt K. , Trushko A. , Miszczak A.

Warianty tytułu

PL

Pomiar małych sił tarcia oscylacyjnym mikrotribometrem w chrząstce stawowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a new method for measuring the Iow magnitude friction forces in miniature mechanical systems (MEMS) and bio-joints. It provides a basis for facilitating the control of frietion and visco-elastic properties of biomaterials, especially for cartilage tissue. This method is based on experimental of vibrations of a tuning fork actuator with ball indenter and sensor that is directed parallel to the sample surface. A tuning piezoelectric fork device is introduced for exciting the system, when simultaneously it is used as a sensor. Variations of vibration parameters are induced through the energy dissipation of the indenter system that has the same friction force and visco-elastic behaviour as the sample. The behaviour of the cartilage tissue under the influence of multi-cyclic friction by steel ball micro-indenter is investigated. The influence of factors of the increase of loading, the time of friction and the process of drying of a tissue was studied.

PL

Niniejsza praca przedstawia nową metodę pomiaru małych wartości sił tarcia występujących w miniaturowych układach mechanicznych typu (MEMS) oraz w biołożyskach. Metoda ta stanowi podstawę w zakresie ułatwienia sterowania siłami tarcia oraz pomiarem lepkosprężystych właściwości biomateriałów, a szczególnie chrząstki stawowej. Metoda pomiaru bazuje na generatorze kamertonowym z kulistym wgłębnikiem twardościomierza, a także z czujnikiem ukierunkowanym równolegle do próbki badanej powierzchni. Piezoelektryczne widełki stroikowe są wprowadzone do pobudzenia układu, a jednocześnie spełniają rolę czujnika. Parametry drgań wprowadza się poprzez energię dyssypacji systemu wgłębnika twardościomierza, na którym występują takie same siły tarcia oraz własności lepkosprężyste, jak na próbce badanej powierzchni. W pracy badane są zachowania chrząstki stawowej w warunkach wielocyklicznych sił tarcia na powierzchni stalowej kulki wgłębnika twardościomierza. Przeprowadzono stadium wpływu na pomiary takich czynników, jak wzrost obciążenia oraz czas procesu tarcia. Te dwa czynniki mają decydującą rolę w zmniejszaniu sił tarcia. Pozytywny efekt w unowocześnieniu warstwy wierzchniej jest upatrywany poprzez zużycie mechaniczne przy rekonstrukcji funkcjonujących sił tarcia.

Słowa kluczowe

EN

structure of the cartilage; microtribology; atomic force microscopy (AFM); tuning fork oscillator

PL

budowa chrząstki; mikrotribologia; mikroskop sił atomowych; generator kamertonowy

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 2
• Strony: 91--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Chizhik S.

autor

Wierzcholskt K.

autor

Trushko A.

autor

Miszczak A.

• A.V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute National Academy of Science of Belarus

Bibliografia

• 1. The MEMS Handbook. Ed. by Mohamed Gad-el-Hak, CRC Press, 2002.
• 2. Meyer E., Overney R.M, Dransfeld K., Gyalog T.: Nanoscience. Friction and Rheology on the nanometer Scale. World Scientific, 1998, pp. 373.
• 3. Ogletree D.F., Carpick R.W., Salmeron M.: Calibration of frictional forces in atomic force microscopy, Review of Scientific Instruments, 1996, 67, pp. 3298.
• 4. Karrai K., Tiemann I.: Interfacial shear force microscopy. PHYSICAL REVIEW B. 62, 13174 (2000).
• 5. Karrai K.: Lecture notes on shear and friction force detection with quartz tuning forks, Work presented at the "Ecole Thematique du CNRS" on near-field optics, March 2000, La Londe les Maures, France.
• 6. Чикунов В.В., Чижик С.А., Ан Х.-С.: "Shear force" микротрибометрия на базе АСМ НТ-206, 6-й Белорусский семинар по сканирующей зондовой микроскопии, Сборник докладов, Минск, 2004, рр. 153-157.
• 7. Пантелей С.О., Чижик С.А.: Математическое описание колебаний ми-крокосоли в поле поверхностных сил. 9-я Белорусская математическая конференция, Гродно, 2004, рр. 192-193.