Eksperimentalna analiza ponašanja loma nerđajućeg čelika za biomedicinsku primenu

Abstract

U ovom radu je predstavljena analiza materijala od nerđajućeg čelika, koji se primenjuje kao biomaterijal za biomedicinske svrhe, kao što su veštački implanti zglobova, a sa gledišta mehanike loma. Parametri projektovanja, koje treba razmatrati u veštačkim implantima su zamor i lom. Stoga, neophodno je razumevanje karakteristika inicijacije i rasta zamorne prsline, radi sprečavanja katastrofalnog loma implanta. Istraženo je ponašanje loma nerđajućeg čelika 316L u smislu standardnih ispitivanja mehanike loma izvedenih na modifikovanim CT epruvetama. Optički sistem GOM i Aramis softver se primenjuju za izvođenje 3D eksperimentalne optičke analize epruveta. Diskutovane su mogućnosti primene ove metode za analizu materijala za biomedicinsku primenu. Eksperimentalna studija se sastoji iz procene elasto-plastičnog ponašanja loma nerđajućeg čelika 316L, i u određivanju vrednosti KI. Predstavljena su polja glavnih deformacija epruvete od nerđajućeg čelika za otvaranje vrha prsline i lom. Rezultati pokazuju da ova nova optičke stereometrijska metodologija daje dobre rezultate u istraživanju ponašanja loma bimetalnih materijala.

This paper presents an analysis of stainless steel materials that are used as biomaterials in biomedical applications, such as artificial joint implants, from a fracture mechanical perspective. Design parameters that should be considered for artificial implants are fatigue and fracture. Therefore, it is necessary to understand the fatigue crack initiation and propagation characteristics in order to prevent catastrophic failure of the implant. The fracture behaviour of 316L stainless steel is investigated by means of standard fracture mechanics tests performed on modified CT specimens. The GOM optical system and Aramis software are used to perform 3D experimental optical analysis of the specimens. The possibilities of using this method for analyzing materials for biomedical applications are discussed. The experimental study consists of evaluation of elastic-plastic fracture behaviour of 316L stainless steel, and determining KI values. The major strain fields of the stainless steel specimen for crack tip opening and fracture are presented. The results indicate that this new optical stereometric measuring methodology is giving good results in investigations of fracture behaviour of bimetallic materials.