Il fenomeno del fretting in elementi albero-mozzo soggetti a flessione rotante indagato tramite controlli non distruttivi e analisi al microscopio

L'usura da fretting è un fenomeno che accompagna il comportamento a fatica dei componenti, in accoppiamenti per interferenza. Essa è dovuta allo slittamento relativo delle superfici accoppiate e comporta la riduzione della vita a fatica. In questo elaborato si parte da conoscenze pregresse riguardanti la morfologia delle superfici soggette a fretting e si cerca di individuare caratteristiche peculiari in provini albero-mozzo soggetti a flessione rotante, con prove di fatica a vita interrotta. Vengono utilizzati i fluidi penetranti per individuare cricche in fase di propagazione e per determinare un piano di sezione longitudinale ottimale dei provini, per poter osservare le superfici periferiche dei pezzi usurati. Infine vengono sfruttati i microscopi ottico e multifocale per osservare più approfonditamente il fenomeno.

L’influenza del trattamento superficiale di pallinatura sulle prestazioni a fatica della lega Ti-6Al-4V

In questa tesi sono stati studiati i dati presenti in letteratura sugli gli effetti benefici sulla vita a fatica della lega Ti6Al4V del processo di pallinatura,con particolare interesse agli effetti sul processo della dimensione dei pallini e della durata del processo. Inoltre si sono analizzati i dati di letteratura riguardanti l'incremento di vita a fatica della lega Ti6Al4V ottenuto tramite il processo di ripallinatura e la relazione tra pallinatura,ripallinatura e fretting fatigue. Infine sono stati esaminati i dati sul comportamento a fatica della lega Ti6Al4V grado ELI per uso biomedico sottoposta a carico oligociclico ed ad alto numero di cicli.

Effetti di intaglio in accoppiamenti albero-mozzo per interferenza

L’obiettivo dello studio è quello di determinare le cause della rottura a fatica in un accoppiamento albero–mozzo. Nella prima parte si cerca di costruire un modello FEM (attraverso Ansys Workbench 12.0) che simuli il comportamento del provino albero-mozzo sottoposto a una flessione alterna, come nella macchina di Moore. Con esso si cercherà di individuare le variabili del problema e quali potranno influenzare la σy_max e il Kt. Nella seconda parte si cercherà di stabilire se il fretting sia funzione dalle stesse variabili del Kt, se esiste una transizione tra i due fenomeni e la quantità di usura prodotta dal fretting. Infine si realizzeranno delle prove sperimentali per verificare le ipotesi dedotte dall'analisi FEM.

Analysis of retrieved shoulder prostheses

In the last years the number of shoulder arthroplasties has been increasing. Simultaneously the study of their shape, size and strength and the reasons that bring to a possible early explantation have not yet been examined in detail. The research carried out directly on explants is practically nonexistent, this means a poor understanding of the mechanisms leading the patient and so the surgeon, to their removal. The analysis of the mechanisms which are the cause of instability, dislocation, broken, fracture, etc, may lead to a change in the structure or design of the shoulder prostheses and lengthen the life of the implant in situ. The idea was to analyze 22 explants through three methods in order to find roughness, corrosion and surface wear. In the first method, the humeral heads and/or the glenospheres were examined with the interferometer, a machine that through electromagnetic waves gives information about the roughness of the surfaces under examination. The output of the device was a total profile containing both roughness and information on the waves (representing the spatial waves most characteristic on the surface). The most important value is called "roughness average" and brings the average value of the peaks found in the local defects of the surfaces. It was found that 42% of the prostheses had considerable peak values in the area where the damage was caused by the implant and not only by external events, such as possibly the surgeon's hand. One of the problems of interest in the use of metallic biomaterials is their resistance to corrosion. The clinical significance of the degradation of metal implants has been the purpose of the second method; the interaction between human body and metal components is critical to understand how and why they arrive to corrosion. The percentage of damage in the joints of the prosthetic components has been calculated via high resolution photos and the software ImageJ. The 40% and 50% of the area appeared to have scratches or multiple lines due to mechanical artifacts. The third method of analysis has been made through the use of electron microscopy to quantify the wear surface in polyethylene components. Different joint movements correspond to different mechanisms of damage, which were imprinted in the parts of polyethylene examined. The most affected area was located mainly in the side edges. The results could help the manufacturers to modify the design of the prostheses and thus reduce the number of explants. It could also help surgeons in choosing the model of the prosthesis to be implanted in the patient.