Modelling of lubrication mechanism in human joints using micropolar fluid theory

• Autorzy: Kucaba-Piętal A.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper aims at presentation of modelling of human joints withinthe framework micropolar fluid theory. A mathematical model of two converging spheres represents the biobearings. In the model the boundaries of the spheres are considered to be rigid and the lubricant (synovial fluid) is represented by a micropolar fluid. Basing on the asymptotic solution obtained for squeezing motion of converging spheres (Kucaba-Piętal, 1999), the velocity vector in a gap is determined and asymptotic values of the forceare calculated. The effects or rheological constants variation on the flow field in a gap are disscussed.

PL

Przedmiotem pracy jest opis smarowania w stawach na bazie teorii płynów mikropolarnych. Rozpatrywany jest ruch ciśnieniowy (squeezing). Staw (biodrowy) modelowany jest za pomocą układu dwóch kul o twardych powierzchniach. Zakłada się, że przepływ opisany jest równaniem Stokesa. Na bazie rozwiązania asymptotycznego obliczono rozkład prędkości w szczelinie stawowej oraz wartość działającej asyptotycznie siły. Stałe reologiczne mazi stawowej oszacowano na podstawie danych eksperymentalnych.

Słowa kluczowe

EN

synovial fluid; micropolar fluid; human joints

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 1999
• Tom: nr 3
• Strony: 593--606
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Kucaba-Piętal A.

• Department of Fluid Mechanics and Aerodynamics, Rzeszów University of Technology

Bibliografia

• 1. DOWSON D., 1990, Biomechanics of Diarthrodia, II, Springer Verlag N.Y. Berlin.
• 2. ERINGEN C.A., 1966, Theory of Micropolar Fluids, J. Math. Mech, 16, 1-23.
• 3. JIN Z.M., DOWSON D., 1997, General Analytical Solution to the Problem of Microelastohydrodynamic Lubrication, Proc. Instn Mech. Engrs., 211, part C, 265-285.
• 4. KOLPASHCHIKOV V.L., MlGOUN N.P., PROKORENKO P.P., 1981, Experimental Determination of Material Micropolar Fluid Constants, Int. J. Engng. Sei., 24, 405-417.
• 5. KUCABA-PIĘTAL A., 1999, Low-Reynolds-Number Flow of Micropolar Fluid Between Converging Spheres, Int. J. Engng. Sei., in press.
• 6. ŁUKASZEWICZ G., 1998, Micropolar Fluids. Theory of Application, Birkhouser, Berlin.
• 7. MIGOUN N.P., 1984, On Hydrodynamic Boundary Conditions for Microstructural Fluids, Rheol. Acta, 23, 575-581.
• 8. MURAKAMI TERUO, HIGAKI HIDEHIKO, ANDO HIROFUMI, NAKANISHI YOSHI-TAKA, 1997, Viscous Property of Synovial Fluids and Related Solutions and its Role in Joint Lubrication, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part C, 63, 750-756.
• 9. NEGAMI S., 1964, Dynamie Mechanical Properties of Synowial Fluid, M.Sc. Thesis, Leihigh University, Pensylwania, USA.
• 10. NIGAM K.M., MANOHAR K., JAGGI S., 1982, Micropolar Fluid Film Lubrication between Two Parallel Plates with Reference to Human Joints, Int. J. Mech. Scien., 24, 661-671.
• 11. PODSIADŁO P., KUSTER M., STACHOWIAK G.W., 1997, Numerical Analysis of Wear Particles from Non-Arthritic and Ostearthritic Human Knee Joints, Wear, 210, 318-319.
• 12. PRAWAL SINHA, CHANDAN SINGH, PRASAD K., 1981, Lubrication of Human Joints - a Microcontinuum Approach, Wear, 13, 159-181
• 13. PROHORENKO P.P., MIGOUN N.P., 1988, Hydrodynamics and Heat Transfer of Gradient Flows of Micropolar Fluids, Minsk (in Russian).
• 14. PYTKO S., WIERZCHOLSKI K., POLONCZYK J., 1993, Tribological Problems of Human Joints, (in Polish), Proceedings of the II Conference: Mechanics in Medicine, Rzeszów, 33-43.
• 15. SOBOTTA, 1982, Anatomia des Menschens, H.Ferner (edit.), Schwarzenburg, Muenchen A ullage 18.
• 16. WIERZCHOLSKI K., 1996, New Analytical - Numerical Directions in Modeling Biobearing (in Polish), Proceedings of the IV Conference: Mechanics in Medicine, Rzeszów, 107-217.
• 17. WIERZCHOLSKI K., PYTKO S., 1995, Analytical Biobearing Calculations for Experimental Dependences between Shear Rate and Synovial Fluid Viscosity, International Tribology Conference, Yokohama Synopsis, 12-22.
• 18. ZAHEERUDDIN KH., 1980, Squeeze Film Narrow Porous Journal Bearings Lubricated with a Micropolar Fluid, Wear, 64, 163-170.
• 19. ZIMMERMANN-GORSKA I., 1995, Atlas Płynu Stawowego, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa.