Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Experimental measurements of friction forces on the tissue in prababilistic view

100%

Wierzcholski K.

Journal of KONES

|

2006

|

tom Vol. 13, No. 3

427-435

EN

This paper is devoted to stochastic determination of values of friction forces generated during hydro-dynamical flow of viscid-elastic nutrition liquid in thin boundary layer present on surface of human joint cartilage sample during its growing in a bio-reactor. Taking into account the need for tissue cultivation, this paper presents the detail results of measurements of friction forces occurring on the cartilage sample during the tissue cultivation. Results of irregularities of human joint cooperating surfaces are applied to the friction simulation during the cartilage cultivation in bioreactor. This paper has been prepared based on the objective of European Project MTKD-CT-2004-517226 to represent the methodology and goal of the idea described in and make possible wider discussion on this subject for further developments during the realization. Stages of joint cartilage development and growth in bio-reactor of random character, analysis of joint cartilage surface nano- roughness, the used cartilage of thigh bone head of human hip joint, distributions of probability density function of the random changes in height of nutrition liquid boundary layer on surface of the tissue growing in bio-reactor, control of friction forces and geometrical parameters of natural cartilage surface are presented in the paper.

2

Friction Forces of Low Speed, High Loaded Cylindrical 2-Grooves Journal Bearing

100%

Standziak G. , Strzelecki S.

Machine Dynamics Research

|

2014

|

tom Vol. 38, No. 3

5-13

EN

Heavy duty, low speed 2-axial-groove cylindrical journal bearings are applied in the bearing system of the hoisting machinery of coalmine. For the proper operation of such bearings it is necessary to know their static characteristics including the friction forces. The knowledge of these forces, which are generated in the bearings gives, can give information on the possible power savings. The static characteristics were obtained by the solution of the Reynolds, energy and viscosity equations on the assumption of adiabatic oil film.

3

Friction forces for human hip joint lubrication at a naturally permeable cartilage

88%

Wierzcholski K. C.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2006

|

tom Vol. 11, no 3

515-527

EN

This paper presents the various kinds of friction forces occurring in human joint gap. Author indicates some main factors which can change the friction forces in human joint. Friction forces for squeezing, boosted squeezing and weeping in macro, micro and nano level for porous cartilage are presented here. According to the author's knowledge the problem of human joint lubrication in unsteady motion has not been hitherto considered in the scientific papers on bio-tribology.

4

Analysis of the load carrying capacities and the friction force in the gap of the slide journal bearing lubricated with a non-Newtonian oil described by a power-law model

88%

Miszczak A.

Journal of KONES

|

2016

|

tom Vol. 23, No. 3

327--335

EN

In this paper, the author presents the results of numerical calculations of load carrying capacities and friction forces in the gap of the slide journal bearing lubricated with an oil on the non-Newtonian's properties. In the studies, the power-law model has been assumed to describe the relationship between the stress tensors and shear rate tensors. The analytical and numerical calculations have been performed for the plain bearing, non-porous with a full wrap angle. It has been assumed isothermal, laminar and steady flow of lubricant in the gap of a slide bearing. Numerical calculations have been performed for the Gumbel’s boundary conditions and dimensionless lengths of the bearings like L=b/R =2;1.5;1; ½ and ¼. The flow-rate index and coefficient of consistency have been adopted based on the results of experimental studies of changes of dynamic viscosity in terms of a shear rate. It has been assumed that the apparent viscosity depends only on the shear rate. Dynamic viscosity of the engine oil, used in a gasoline engine with a capacity of 1800 cm3, has been tested on the Haake Mars III rheometer. The analytical solutions presented in the paper were based on more general derivations carried out by Professor K. Wierzcholski in his article: ‘Non-linear hydrodynamic lubrication in conjugated fields’ (publication in printing). In this paper, the key quantities such as components of vector of the velocity, hydrodynamic pressure and temperature were presented in the form of convergent power series. The values of load carrying capacities and friction forces were determined and compared for the event where the oil has properties of Newtonian and non-Newtonian. Calculations have been made for the dimensionless quantities.

5

Analiza procesu pozycjonowania ładunków jednostkowych układem przeciwbieżnych pól sił tarcia

88%

Piątkowski T.

Logistyka

|

2010

|

tom nr 6

PL

W referacie przedstawiono wyniki badań numerycznych i eksperymentalnych procesu pozycjonowania translacyjnego ładunków jednostkowych (np. paczek pocztowych) za pomocą układu dwóch przeciwbieżnie napędzanych taśm. Badania numeryczne prowadzone są na podstawie opisu teoretycznego procesu pozycjonowania, w którym wykorzystano statyczny model tarcia Karnoppa oraz model dynamiczny LuGre. W modelu Karnoppa zastosowano dwa klasyczne współczynnik tarcia (opisane jednym i dwoma parametrami) oraz nieliniowy współczynnik tarcia opisany krzywą B-sklejaną trzeciego stopnia (wyznaczoną na podstawie badań eksperymentalnych). Na podstawie analizy uzyskanych danych wynika, że decydujący wpływ na efektywność procesu pozycjonowania ma nieliniowość przebiegu charakterystyki współczynnika tarcia kinetycznego manipulowanych ładunków.

EN

In the paper the results of numerical simulation and experimental examination of unit loads positioning process (e.g. postal packages) by a system of two inverselydriven belts are presented. In numerical investigations, one applied theoretical description of the positioning process based on the Karnopp's model of static friction and the dynamic friction model developed by LuGre. In the Karnopp's model, two classic friction coefficients were used (based on one or two parameters, respectively) and a nonlinear coefficient defined by a B-spline curve of third order (determined on the basis of experimental results). The analyses of numerical and experimental results indicated that the effectiveness of the positioning process is mostly influenced by nonlinearity of friction coefficient of the transported loads.

6

About nutrient liquid flow between potential flow and cartilage surface in bioreactor.

75%

Wierzcholski K. , Miszczak A.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

2006

|

tom Vol. 41, nr 2

185-197

EN

In this paper is presented the nutrient liquid flow of non-Newtonian properties in boundary thin layer near to the cartilage surface during the cultivation in bioreactor. Nutrient liquid is contacting with the non viscous potential flow, while the cartilage sample is permanent per-fused by the nutrient liquid. The liquid motion inside the boundary layer is caused by the flow rate of the perfusion (i.e. by the velocity and pressure occuring in the potential flow region). The velocity components of nutrient liquid inside the thin layer are derived. Afterwards are presented the formulae for friction forces occuring on the cartilage surfaces during the cultivation in bioreactor. In obtained solutions are indicated the parts presenting the Newtonian and non-Newtonian terms.

PL

W niniejszej pracy wyznaczony został przepływ cieczy odżywczej o właściwościach nienewtonowskich w cienkiej warstwie granicznej w pobliżu powierzchni komórek chrząstki (chondrocytu) podczas hodowli w bioreaktorze. Ruch cieczy w warstwie granicznej jest wywołany wydatkiem przepływu dostarczanej cieczy do bioreaktora. Ponadto prędkość przepływu cieczy w warstwie granicznej wokół hodowanych komórek chrząstki stawowej jest uzależniona od prędkości przepływu potencjalnego cieczy znajdującej się w bezpośrednim kontakcie z wastwą graniczną komórek. W pracy wprowadzone zostały składowe wektora prędkości cieczy odżywczej w cienkiej warstewce granicznej, a także siły tarcia występujące na powierzchni komórek chrząstki (chondrocytu) podczas hodowli. Uzyskane rozwiązania wyrażono w członach reprezentujących oddzielne wpływy cieczy newtonowskiej i nienewtonowskiej na wyznaczane w pracy wartości. Symulacja analityczna i numeryczna podana w niniejszej pracy jest dostosowywana do bioreaktorów pracujących w Instytucie Badawczym Cienkich Biologicznych Warstw Granicznych w Karlsruhe (Niemcy).

7

The theoretical description of friction force in bio-joints as function of cartilage roughness.

75%

Chizhik S. A. , Wierzcholski K. , Miszczak A.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

2006

|

tom Vol. 41, nr 2

29-39

EN

This paper show numerical calculations of the friction forces and friction coefficients in spherical coordinates for hydrodynamic unsymmetrical synovial non-Newtonian fluid flow with variable viscosity and for random changes of human hip joint gap. The numerical calculations are performed with the use of Mathcad 12 Proffesional Program, by taking into account the Method of Finite Differences. This method ensures stability of numerical solutions of partial differential equations in particular values of friction forces occuring in human joints. Friction forces are calculated for steady and unsteady lubrication. The bone head in human hip joint moves simultaneously not only in one direction. Therefore for each motion the friction forces are calculated in two directions. The friction forces in human joint depend on: synovial fluid velocity, pressure, temperature, load. The analytical derivation of friction forces for human hip joint facilitates and helps performing the further numerical analysis of changes and corrections caused by the pressure, velocities field influencing friction coefficient in real hip joint. Measurements of a roughness of micro- and nano- levels were carried out by atomic force microscopy on large (more then 2 micrometres) and small (30 micrometres) areas of scan accordingly. The parameters of a roughness were analyzed on the based of 3D images of cartilage surfaces. Average parameters of height and angles of asperities slop were defined. Also anisotropy of a surface and parameters of a roughness in main directions of anisotropy was determined. Influence of a roughness of a cartilage on force of friction in a joint depending on a direction of friction was estimated. Also influences of a roughness of a surface in a normal and pathological condition are estimated. It is shown, that the roughness increases lead to the decreases of thickness of a layer of a lubricant liquid in a human joint.

PL

Wartości sił tarcia w naturalnych stawach człowieka a szczególnie w endoprotezach stawu biodrowego rzutują na proces zużywania się powierzchni stawowych. Dlatego problem wyznaczania sił tarcia w biołożyskach jest bardzo istotny. W trakcie chodzenia mamy co najmniej ruch sferycznej powierzchni głowy w dwóch różnych kierunkach dla naturalnych i sztucznych stawów biodrowych człowieka. Dlatego też siły tarcia występują co najmniej w dwóch kierunkach. Na ogół nie zachodzi superpozycja wartości sił tarcia wywołanych ruchem obrotowym sferycznej głowy kostnej w dwóch różnych kierunkach. Autorzy zwracają uwagę na różne wartości sił tarcia w trakcie hydrodynamicznego smarowania stawów człowieka poprzez ruch obrotowy, wyciskanie, wzmożone wyciskanie oraz przesączanie cieczy synowialnej do porów chrząstki stawowej. Siły tarcia zależą od prędkości kątowej, od ciśnienia hydrodynamicznego oraz od pola indukcji magnetycznej, jeżeli staw poddany jest magnetoterapii. W przypadku gdy uwzględniamy wpływ zmiennej wartości lepkości cieczy synowialnej wywołanej jej nie-newtonowskimi właściwościami oraz w przypadku gdy uwzględniamy niestacjonarne warunki pracy biołożyska, to wtedy uzyskujemy dodatkowe korekty wartości sił nośnych wywołanych prędkościami kątowymi, ciśnieniem i polem magnetycznym. Badania wykazują, że mamy również do czynienia z pewnymi wartościami sił tarcia wywołanych jednoczesnym wpływem ciśnienia hydrodynamicznego i prędkościami kątowymi ciśnienia hydrodynamicznego, pola indukcji magnetycznej, prędkości kątowej oraz pola indukcji magnetycznej.

8

Metody badań tribologicznych parametrów w inteligentnych bioreaktorach

75%

Wierzcholski K. , Miszczak A.

Tribologia

|

2007

|

tom nr 3-4

355-368

PL

Tematem przeprowadzonych badań oraz uzyskanych wniosków jest uzasadnienie doboru odpowiednich metod badawczych do wyznaczania parametrów tribologicznych występujących w bioreaktorach w trakcie hodowania chrząstki stawowej lub poszczególnych chondrocytów na potrzeby transplantacji. Badane są zależności wpływu własności mechanicznych warstwy wierzchniej opływanego ciała na lepkość cieczy w cienkiej warstewce przyściennej oraz na powstające w niej siły tarcia. Niniejsza praca charakteryzuje przeprowadzone badania zarówno w aspekcie analitycznym, numerycznym, jak również i doświadczalnym. Autorzy sugerują, że przedstawiony model badawczy ma charakter unikalny, mający nie tylko znaczenie poznawcze, ale i wysoce utylitarne. Badanie zachowania chondrocytów pod wpływem płynów ustrojowych, a zwłaszcza pochodzących z przestrzeni śródstawowej, stanowi całkowite novum mogące odkryć przyczynę nie tylko wielu schorzeń chondropatycznych, ale także spowodować rozwój terapii transplantacyjnej.

EN

The topic of presented research is the substantiation of the proper selection of research methods to the tribological parameters determination occurring in bioreactors during the joint cartilage or articular cells cultivation. The investigations are performed as well in analytical, numerical and in experimental form. After authors suggestion the presented research model has uniqueness character thus has not only cognitive but also the utilitarian meaning. The investigations of behave of chondrocytes (cells) under the organism liquid influence particularly descending from intra-articular space, institute the entirety novelty which can be discover not only the matter of many chondropathy disease but also can be develop the transplantation therapy. The basic method for solving the described scientific problems is the application of the analytical and numerical models to non- Newtonian liquid hydrodynamic flows in thin boundary layers considered on micro- and nano-level. Ranges of the flows are limited by the hyper-elastically and hypo-elastically deformed surfaces. Geometrical features of the surfaces are measured with the use of laser sensors and the atomic force microscope. The analytical models which describe the realistic unsteady hydrodynamic and tribological effects occurring in the non Newtonian liquid flows around cells in the realistic time ranges of nano-seconds and micro-seconds are transformed into the tasks in which the models are represented in time ranges of second. Such models enable to investigate the realistic changes of hydrodynamic effects in very short time periods. Such measurements are very expensive and often not possible to be performed by using present laboratory equipment. The region of flow around the cells and joint cartilages are divided on the three zones. The first zone is of a few dozen nanometers in height and contains the liquid of dynamic viscosity depending on material coefficient of the cells or joint cartilage. In the region of perfused cartilage body or near the cells the flows in micro- canals of the diameter smaller than one micrometer are taken into consideration. The second zone is the thin viscous liquid layer of a few dozen micrometer in height. Here the changes of liquid velocity vector in the direction of layer height prevail over the changes of liquid velocity vector in the plane of the flow. To characterize of mechanical properties of joint cartilage and its cells, classical measurement methods as well as new ones with the use of atomic forces microscopy, are applied. Measurements of geometrical structure of the cell surfaces are performed on nano- level. Values of the hyper-elastic, elastic and visco-elastic material coefficients of the cells and cartilages are measured by taking into account rheological features. Experiments are performed under dynamic loads. Simultaneously, measurements of friction forces and friction coefficients are made by using an oscillation micro-tribo-meter. To measure values of above mentioned material coefficients will be used two kinds of hardness tester, namely a micro-hardness tester with the diameter 350 micrometers and a nano- hardness tester with the diameter of 20 nanometers. The depth of pits during the measurements was about 2 micrometers and 10 nanometers, respectively. This fact enables to estimate the features of boundary layer on the body. The forces and stresses in boundary layer are measured by using laser- beam method. Regardless of the above described measurement methods applied to cell bodies, the measurements of thin layer features of osmotic and pharmacological liquids flowing around the cells, are also assumed. Such liquids have non-Newtonian and anisotropic features with different properties in different directions. During the measurements the atomic force microscope will be used. Measurements in three static-dynamic states are provided for. The first of them is based on the fact that hardness tester is in static- dynamic motion. The second state is characterized by the two- directional motion of the groundwork on which the liquid rests. The third state is assumed for the provoked motion of the liquid inside the thin boundary layer resting on the static, motionless groundwork. The measurements are performed in such thermal conditions as to bring them nearer the human body temperature. The performed cells during the cultivation in bioreactors. Additionally, gain of many tribological and biophysical parameters indispensable for cells cultivation, is expected. For fully successful realization of the presented tasks it is necessary to build the mini-bioreactor coupled with the atomic force microscope. By using this microscope it is possible to control many data on biological liquid flow and temperature during the performed measurements and cell cultivation. To solve analytically sets of non linear differential equations is not possible in each case. In such situations the numerical methods must be applied. To achieve the numerical solutions of the presented problems the method of finite differences is applied. In this method the partial derivatives are replaced with the finite differences. The application of difference schemas in the difference method permits to convert the differential equations into the difference equations where the numerical solutions are executed on the ground of the calculated nets. Topology of the nets is optimized by using the least distances between the nods of the nets in the a properly selected metric space to assure stability and convergence of the numerical solutions. The numerical calculations are performed by using Matlab 7.3 Program. The values determined in the numerical way will be verified experimentally in mini-bioreactors. Experimental verification of the analytical and numerical models for nutrient liquid flows during the cells cultivation will be also performed in mini-bioreactors. Also, distributions of liquid velocity and friction forces in thin layers will be verified.

9

Zjawisko tarcia w technologiach tunelowań przeciskowych

75%

Kędracki M.

Przegląd Górniczy

|

2006

|

tom T. 62, nr 11

38-41

PL

Artykuł jest próbą odpowiedzi na pytanie, jaki wpływ wywierają siły tarcia na technologię tunelowania przeciskowego, a szczególnie na wielkość niezbędnej siły przecisku oraz wpływ części tej siły na destrukcję powierzchni terenu. Ponadto przedstawiono metodykę i wyniki badań tarcia pomiędzy gruntem a przeciskaną obudową tunelu oraz zaproponowano kryteria oceny szorstkości powierzchni betonu.

EN

The paper is an attempt to answer the question what an influence exert friction forces on the forced through tunnelling technology and specially on the quantity of necessary forcing through force as well as influence of that force on the land surface destruction. Moreover methodology and results of research of the friction between the soil and forced through tunnel lining are presented as well as the concrete surface roughness evaluation criteria proposed.

10

Tribology of bone tissue culture in bioreactor

75%

Wierzcholski K.

Tribologia

|

2003

|

tom nr 5

369-382

EN

This paper describes the tribological parameters during the perfusion process of tissue in the bioreactor. We perfuse cells of tissue by the nutrition liquids and other biologically tolerable media with oxygen carrying fluorocarbons. There are two different kinds of flows in the bioreactor to be expected: The first one is the Newtonian potential flow in some distance from tissue surface and is caused by horizontal perfusion. The second is the viscous non-Newtonian flow in boundary layer direct near the motionless tissue surface. Liquid velocity components and pressure values will be determined. Analytical calculations deliver results for flow parameter as flow components and friction forces to the optimisation of tissue culture in bioreactor and to optimise the growth of cells. Present paper shows analytical formulae for velocity components of nutrient fluids in thin boundary layer near to the tissue surface to obtain necessary friction forces. Here are derived analytical formulae of tribological parameters in bioreactor and the necessary volume flow rate of stream of media in horizontal direction for good protection of the perfusion of tissue surface. The friction forces occurring in the thin layer of nutrition liquids resting on the superficial tissue layer are examined by numerical way and are illustrated in the pictures.

PL

Najnowsze trendy naukowe w Unii Europejskiej i w USA w zakresie biotribologii idą w kierunku hodowli w bioreaktorze gotowych części chrząstki stawowej na bazie tkanek rodzimych pacjenta. Przeszczepów można dokonać wiele razy w życiu pacjenta, natomiast endoprotezę zakłada się co najwyżej dwa razy. Tkanka kostna umiejscowiona w szkieletowym łóżku bioreaktora jest permanentnie zraszana i polewana mediami o właściwościach nienewtonowskich. Są to ciecze odżywcze z odpowiednimi dodatkami lepkosprężystymi wywołującymi pożądany wzrost tkanki. Opływ takiej tkanki w pewnej od niej odległości stanowi przepływ nie lepki, bezwirowy, potencjalny. W bezpośredniej bliskości tkanki w warstewce granicznej, przyściennej o grubości od 70 do 100 mikronów mamy do czynienia z przepływem lepkim. Składowe mikro prędkości tego przepływu nienewtonowskiej cieczy zależą nie tylko od wydatku objętościowego pompy zraszającej łóżeczko bioreaktora, lecz również od sił ssących ciecz poprzez porowatą warstewkę wierzchnią tkanki, a także przez permanentny mikrowzrost tkanki. Pole małych prędkości płynu na powierzchni tkanki, wywołuje siły tarcia o małych wartościach poniżej 1 N, które mają jednak bardzo istotne znaczenie w trakcie hodowli tkanki. Pomiar tak małych sił tarcia w warunkach ciągłego wzrostu tkanki przy obecnych warunkach technicznych jest bardzo utrudniony, kosztowny i niepożądany ze względu na zaburzenia procesu wzrost tkanki. Dlatego prace analityczno-numeryczne mają duże znaczenie poznawcze. Niniejsza praca przedstawia model obliczeniowy sił tarcia w bioreaktorze. Model ten pozwala wyznaczać, symulować siły tarcia i sterować siłami tarcia, a przez to również optymalizować siłami tarcia do pożądanych wartości.

11

Algorithm for friction force computation in intelligent micro-pairs system

75%

Wierzcholski K. C.

Journal of Applied Computer Science

|

2011

|

tom Vol. 19, nr 1

139-160

EN

The presented paper investigates the latest achievements of calculation algorithm and derivation for friction forces of intelligent micropairs, friction micro-joints and especially for friction forces of the conical, spherical, cylindrical, parabolic, hyperbolical micro-bearings particularly in HDD micro-bearings. Various bearing surfaces and oil dynamic viscosity changes in gap height directions are assumed. Author formulates one Theorem and some Corollaries where the calculation algorithm for friction forces determination was defined.

12

Influence of the Static Loading of a Raft Unconnected to a Pile on the Pile Displacements Tested in Field Conditions

75%

Sedin V. , Bikus K. , Kovba V. , Kononov D. , Zahilskyi V.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2019

|

tom Vol. 29, no. 2

22--30

EN

We present the results of a static pile-raft interaction test in field conditions. The pile and the raft were unconnected. The static loading on the raft affected the displacements of the pile due to the skin friction. The displacements were also observed for another pile, placed at the 3-metre distance.

13

Operating parameters of slide micro – bearings with consideration of oil temperature changes and micro - grooves on sleeve surface

75%

Miszczak A.

Journal of KONES

|

2012

|

tom Vol. 19, No. 2

329-336

EN

In this paper author presents results of numerical calculations of hydrodynamic pressure distribution in bearing gap, load-carrying capacity, friction force and friction coefficient of slide micro-bearing considering the influence of lubricating oil temperature changes and also taking into account the influence of micro-grooves, which occur on sleeve internal surface. The micro-grooves on that surface are in longitudinal direction. The equation, which describes a bearing gap with micro-grooves on sleeve surface, was adopted from prof. K Wierzcholski's investigations. In very thin gap height of cylindrical micro-bearings, large gradients of temperature can be observed. This causes significant changes of oil dynamic viscosity in the gap height direction. According to this, oil flow velocity, friction forces, and a hydrodynamic pressure during the micro-bearing operation are changing. Up to now the influence of temperature on oil viscosity changes and due to this, on hydrodynamic pressure and on load carrying capacity in cylindrical micro-bearing gap in numerical way were not considered yet. The numerical calculations were performed with the use of Mathcad 14. The finite differences method and own computational procedures were implemented. The calculations were begun by solving the Reynolds' equation, assuming, that the dynamic viscosity is constant. After calculating the hydrodynamic pressure distribution, the temperature distribution in lubricating oil was determined. The obtained function of temperature was used to describe the viscosity changes with temperature. Next step involved determining the hydrodynamic pressure distribution taking into account the viscosity dependence on temperature, and then new distribution of temperature and again new values of viscosity were calculated. Calculations were repeated until assumed convergence and accuracy were reached. The friction force depends on pressure gradient and rotational motion of bearing journal. Part of friction force, which resulting from the pressure gradient, is determined for the area, where the oil film occurs, i.e. from omega p to omega k. Part of friction force, which is related to journal motion, is determined for full wrap angle, i.e. from 0 to 2 pi. The results were presented in the form of graphs, for eccentricity ratio gamma from 0.1 to 0.9, for dimensionless length of the bearing L1=1/4. In numerical calculations were used the theoretical considerations and solutions presented in papers of K. Wierzcholski and A. Miszczak.

14

Equations of the tribological parameters for liquid flow in boundary layer on the tissue surface in bioreactor

75%

Wierzcholski K.

Tribologia

|

2006

|

tom nr 4

153-166

EN

In this paper is assumed the viscous liquid flow in the thin boundary layer near to the tissue surface during the unsteady cultivation process in bioreactor. The cultivation process of the tissue sample in contemporary bioreactor depend on the properties of nutrient liquids. To assure the optimal growth of tissue we introduce various additions into the nutrient liquid. The additions have often elastic properties. Therefore the nutrient liquids have very often the non-Newtonian properties especially the visco-elastic properties. To solve this problem we apply the all terms of Rivlin-Ericksen dependencies between stress components and shear rates. During the cultivation we have continuous growth of the superficial layer of tissue. Therefore the height of the boundary layer changes in the time and the non stationary boundary conditions on the external tissue surface are taken into account. The viscoelastic properties of the nutrient liquids change significant the values of components of velocity values in comparison with the values of velocity components for Newtonian liquid properties. Thus follows absolute necessity of the application of the nonlinear stress-strain dependencies for the nutrient fluids in hydromechanics flow calculations. This method enables to obtain the real values of flow parameters, necessary flow rates and friction forces occurring during the tissue cultivation process in bioreactor. Recently experiments indicate, that the non stationary flow conditions in bioreactor increases the efficiency of the cultivation process of tissue. Therefore in presented calculations the unsteady conditions are taken into account.

PL

W niniejszej pracy przedstawiony został problem tribologiczny wynikający z przepływu nieustalonego odżywczej cieczy lepkiej w cienkiej warstwie przyściennej w bezpośrednim kontakcie z zewnętrzną powierzchnią warstwy wierzchniej wzrastającej tkanki w trakcie procesu jej hodowli w bioreaktorze. Efektem rozważań będą wartości sił tarcia powstające na powierzchni wzrastającej tkanki. Najnowsze badania wykazały lepszą skuteczność i sprawność hodowania tkanki w bioreaktorze w przypadku nieustalonych warunków pracy. Dlatego też niniejsza praca rozwiązuje problem przepływu odżywczej cieczy biologicznej w cienkiej warstwie przyściennej w warunkach niestacjonarnych. W trakcie hodowli warstwa wierzchnia tkanki wzrasta. Z tego powodu wysokość warstwy granicznej cieczy przylegającej do powierzchni tkanki zmienia się wraz z upływem czasu. Ten fakt wymaga również przyjęcia warunków nieustalonych przy rozpatrywaniu problemu. Konieczność hodowania specyficznych właściwości tkanek powoduje, że do cieczy odżywczych dodajemy różnorodne dodatki terapeutyczne. Substancje te mają zazwyczaj kształt drobnych cząsteczek o średnicy kilkudziesięciu nanometrów. Takie dodatki posiadają odrębne właściwości sprężyste. Ten fakt powoduje, że ciecz odżywcza uzyskuje właściwości lepkosprężyste. W niniejszej pracy wykorzystano związki konstytutywne Rivlina-Ericksena do opisu zależności pomiędzy naprężeniami a prędkościami deformacji dla cieczy o właściwościach lepkosprężystych. Rozkłady prędkości, a następnie wartości sił tarcia powstające po zastosowaniu cieczy o właściwościach lepkosprężystych różnią się istotnie od prędkości i wartości sił tarcia uzyskanych w przypadku stosowania cieczy o właściwościach newtonowskich, klasycznych w trakcie hodowli tkanki. Dlatego też cel badań podjętych w niniejszej pracy jest zdaniem autora uzasadniony.

15

The influence of roughness and geometrical structure of tissue surface on friction forces during the tissue cultivation in bioreactor

75%

Miszczak A. , Wierzcholski K. , Chizhik S. A.

Tribologia

|

2006

|

tom nr 4

99-112

EN

The flow parameters of nutrient fluid such as flow direction, shear rate, friction forces on the thin boundary layer near the superficial layer of cultivated sample depend on its roughness and geometrical structure. The inequalities with depth about some microns have important meaning during the flow around the tissue surface during the procedures connected with cultivation in bioreactor. Thus follows absolute necessity of measurements of surface inequalities of cultivated cartilages with exactness in nano-level. The main research problem containing in this paper refer to the above problem. Very oft random effect of the roughness distribution on the tissue sample in bioreactor leads to the non controlled growth of the tissue cells. Therefore is needed the general control algorithm of the influence of working parameters and properties of artificial and articular cultivated tissue on the tissue growth process. In this paper are presented same trials of viscosity measurements of liquid in static and dynamic conditions; thickness of the artificial boundary layer determinations, roughness of the tissue sample illustrations, the methods of friction forces calculations. In a basis of the control algorithms here will be possible to apply various methodologies of scanning probe microscopy. More effective is shear force microscopy mode.

PL

Najnowsze trendy naukowe w Unii Europejskiej i w USA w zakresie biotribologii idą w kierunku uwzględnienia zmian chropowatości zewnętrznej powierzchni tkanki w trakcie procesu hodowli w bioreaktorze. W mikrokontenerach bioreaktora hodowana tkanka jest permanentnie zraszana i polewana mediami o odżywczych oraz terapeutycznych właściwościach nienewtonowskich, gdzie często są to ciecze z odpowiednimi dodatkami lepkosprężystymi, wywołującymi pożądany wzrost tkanki. W bezpośredniej bliskości tkanki w warstewce granicznej o grubości od 0,01 do 0,10 mikrometrów mamy do czynienia z przepływem lepkim w cienkiej warstewce przyściennej. Składowe mikroprędkości tego przepływu nienewtonowskiej cieczy zależą nie tylko od wydatku objętościowego pompy zraszającej łóżeczko bioreaktora, lecz przede wszystkim od chropowatości zewnętrznej powierzchni tkanki. Tak powstałe pole małych prędkości zmieniające się w sposób istotny oraz zależne od ukształtowania występów chropowatości powierzchni zewnętrznej tkanki nie miałoby znaczenia, gdyby nie zasadnicze zmiany wartości sił tarcia powstające na powierzchni tkanki w trakcie przepływu. Te siły tarcia o małych wartościach rzędu poniżej 1 mN, lecz o dużych zmianach zależnych od chropowatości powierzchni tkanki kształtują w sposób znaczący hodowlę tkanki. Pomiar tak małych sił tarcia przy obecnych warunkach technicznych w trakcie ciągłego wzrostu tkanki jest prawie niemożliwy. Dlatego prace analityczno-numeryczne w tym zakresie mają duże znaczenie poznawcze. Przedstawiony obszar badań zarówno w zakresie numerycznym, jak i doświadczalnym stanowi nową dziedzinę w zakresie nanotribologii, którą można nazwać histotribologią, a nawet cytotribologią. Przedstawione w pracy wyniki badań doświadczalnych pomierzone zostały za pomocą mikroskopu sił atomowych. Wyniki uzyskane zostały w Instytucie Przepływu Masy i Ciepła Białoruskiej Akademii Nauk w Mińsku w ramach projektu Europejskiego Transfer of Knowledge we współpracy z prof. S. Chizhikiem.

16

Vibration influence on friction

75%

Yawlensky A. , Belousov A. , Elperin A. , Melnikov A. , Chavoronkov A.

Vibrations in Physical Systems

|

2006

|

tom Vol. 22

381--386

17

Analysis of friction joining of pressed grating flats

75%

Krupicz B. , Szybka M. , Krupicz P.

Tribologia

|

2018

|

tom nr 2

67--72

EN

The aim of the paper is to analyse the friction forces in joints of pressed platform flat and transverse bars. Actual friction forces could have been determined based on the diagrams of force changes in the process of removal of a transverse bar from a groove in a flat bar. The paper presents diagrams of pressing and removing forces of transverse bars. The measurement of forces has been done for three distances between grooves in flat bars, i.e. 11.1 mm, 22.2 mm, and 33.3 mm. A significant variation of force values has been observed during both pressing and the extrusion of the bars. It has been assumed that one of the main causes of variation is the groove geometry. On the groove, walls there are stamp material shearing areas and breaking areas. The shearing area determines the friction force values.

PL

Celem pracy jest analiza sił tarcia w połączeniach płaskowników nośnych i poprzecznych krat prasowanych. Rzeczywiste siły tarcia można było określić z wykresów zmian sił w procesie usuwania płaskownika poprzecznego z rowka w płaskowniku nośnym. W pracy przedstawiono wykresy sił wprasowywania i usuwania płaskowników poprzecznych. Pomiaru sił dokonano dla trzech odległości rowków w płaskownikach nośnych, tj. 11,1 mm, 22,2 mm i 33,3 mm. Stwierdzono duże zróżnicowane wartości sił zarówno podczas wprasowywania, jak i wyciskania płaskowników. Przyjęto, że jedną z głównych przyczyn powstających różnic jest geometria rowków. Na ściankach rowków występuje strefa ścinania materiału stemplem oraz strefa pękania. O wartościach sił tarcia decyduje strefa ścinana.

18

Siły tarcia w szczelinie stawu człowieka leczonego polem magnetycznym

75%

Wierzcholski K.

Tribologia

|

2001

|

tom nr 4

875-884

PL

Niniejsza praca przedstawia wyprowadzenie sił tarcia w sferycznych współrzędnych dla hydrodynamicznego, niesymetrycznego przepływu smarującego cieczy synowialnej o zmiennej lepkości, w zmiennej szczelinie stawu biodrowego człowieka przy uwzględnieniu pola magnetycznego. Terapia przy wykorzystaniu pola magnetycznego jest stosowana w ortopedii.

EN

This paper shows the friction forces derivation in spherical coordinates for hydrodynamic unsymmetrical synovial non- Newtonian fluid flow with variable viscosity in variable human hip joint gap in presence of magnetic field. These solutions were obtained in earlier Authors papers but for arbitrary coordinates, without magnetic field and in symmetrical flow. Magnetic field is used in a new therapy in orthopaedics.

19

Flow and friction around the growing cartilage cells.

63%

Wierzcholski K. , Miszczak A.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

2006

|

tom Vol. 41, nr 2

199-212

EN

The aim of this paper is viscous biological fluid flow in boundary layer direct near the cartilage cells surface. Presented flow is caused by the perfusion and diffusion and growth of superficial layer surface of chondrocytes in bioreactor. Analytical considerations performed in this paper are presented flow parameter such as velocity components of the fluid and friction forces arise during the flow. Results of this paper are need to the optimisation of cartilage cultivation in bioreactor and to optimize the growth of cells.

PL

Inżynieria tkankowa jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin biotechnologii stosowanej. Nowe metody badawcze tej nauki mogą być rozwiązane jedynie przy wzajemnej współpracy biologów, tribologów, mechaników, ortopedów klinicystów. Schorzenia chrząstki stawowej dotyczą milionów ludzi na świecie, często nawet w młodym wieku. Od kilkunastu lat z powodzeniem prowadzone są próby rekonstrukcji czrząstki stawowej oparte na dwóch różnych koncepcjach. Pierwsza z nich polega na przeszczepianiu chrząstki pobranej z innego stawu lub z nieobciążonego miejsca tego samego stawu. Druga opiera się na wykorzystaniu możliwości mnożenia się chondrocytów chrząstki w bioreaktorach i wszczepianiu ich do ubytków chrząstki (pod łatę okostnową). Jednym z licznych rezultatów badań autorów jest tribologiczny model obliczeniowy sił tarcia w tym lepkich naprężeń ścinających wywołanych gadientem profili prędkości na granicy pomiędzy powierzchnią hondrocytu a nawet większych części chrząstek stawowych a cieczą biologiczną, co umożliwia symulację i określenie procesu wzrostu komórek w bioreaktorze jak również sterowanie oraz optymalizację sił tarcia występujących na kontaktujących się powierzchniach w trakcie hodowli. Rozpatruje się opory tarcia przepływu lepkiej cieczy poprzez porowatą strukturę warstwy wierzchniej tkanki. Opisany równaniami hydrodynamiki proces odżywiania chrząstek stawowych, odbywa się dzięki wnikaniu do nich płynu z jamy stawowej, spowodowanym naciskiem na chrząstkę i jej odprężaniem zachodzącym w trakcie ruchów wykonanych w stawie. Tak więc aby wypełnić niedostatek wiedzy teoretycznej i technologicznej w zakresie hodowli tkanek, pożądane są liczne przybliżenia wsparte interdyscyplinarnymi i wielodziedzinowymi badaniami zawierającymi analityczne rozwiązania, numeryczne obliczenia oraz eksperymentalne pomiary. W pracy przedstawiono prototyp bioreaktora pracującego w Instytucie Badawczym Cienkich Biologicznych Warstw Granicznych w Karlsruhe.

20

The viscoelastic lubrication problem of micro-bearing

63%

Wierzcholski K.

Tribologia

|

2010

|

tom nr 3

231-240

EN

In this paper we show the method of solving the lubrication problem occurring in cylindrical micro-bearing gap. Oil velocity components, hydrodynamic pressure and friction forces are derived. We assume complete visco-elastic non-Newtonian lubricant directly near the cooperating surfaces. Viscoelastic oil properties are described by means of Rivlin-Ericksen constitutive relations. Up to now the influences of complete visco-elastic non-Newtonian oil on the pressure and friction forces in cylindrical micro-bearing gap were not considered in analytical way. Paper elaborates analytical formulae for velocity components, pressure distributions, friction forces in cylindrical microbearings.

PL

Ze względu na bardzo małą wysokość szczeliny mikrołożyska, jak również bardzo małą grubość warstwy smarującej w mikrołożyskach ślizgowych mamy do czynienia z wpływem parametrów mechanicznych warstwy wierzchniej na wartość lepkości dynamicznej czynnika smarującego. Ten wpływ ujawnia się poprzez rozbudowane i zmodyfikowane związki konstytutywne o modelu Rivlina-Ericksena. Związki takie wprowadzone do równań ruchu cieczy smarującej wzbogacają te równania o nowe człony, które nie ulegają pominięciu po dokonaniu typowych uproszczeń łożyskowej warstwy granicznej i są związane z liczbami Deboraha, które w rozpatrywanych przypadkach nie są małe. Uwzględnienie tych członów o charakterze lepkosprężystym związanych z wpływem parametrów mechanicznych warstwy wierzchniej na lepkość czynnika smarującego przy rozwiązaniu hydrodynamicznego smarowania mikrołożysk ślizgowych został przedstawiony w pracy [L. 4]. Specyfika i odrębność warunków brzegowych w mikrołożyskach ślizgowych w porównaniu z warunkami brzegowymi aplikowanymi w klasycznym hydrodynamicznym smarowaniu polega na uwzględnieniu wpływu właściwości mechanicznych warstwy wierzchniej na przepływ czynnika smarującego w bardzo cienkiej warstewce filmu o wartościach poniżej jednego mikrometra.