Biomechanik-strukturelle Mechanik: fertig? (Zsm)

Question 1

Holz

Answer 1

• das biokompartibelste Baumaterialien
• der beste CO2 Verbraucher
• 1m^3 -> 260kg Kohlenstoff aus 1000kg CO2
• relative Isolierung benötigt nicht viel Holz im vgl zu ziegel/glas/Beton-> 1:3:6:9
• energiebilanz: holz/beton/stahl/Aluminium-> 1:3:17:70

Question 2

Mechanische Eigenschaften deformierbarer körper

Answer 2

nach Krafteinwirkung

Kompression
Dehnung
Biegung/Scherung
Torsion

Question 3

Beispiel für Materialeigenschaften

Answer 3

• IMMER dimensionsLOS
  Zb
• dehnung

Fiona: fließstärke in Pascal
Rebecca: dimensionslos? zb Dichte mit dimension

Question 4

Dehnung

Answer 4

Epsilon= delta l/ lo = relative längenänderung(=ausdehnung)/ gesamtlänge

dimensionslos!

Rebecca: gesamtlänge-> ursprüngliche Länge

Question 5

Spannung

Answer 5

Sigma= F/A= Kraft/Fläche in [N/m^2 = Pa]

sigma >0 –>zug
Sigma <0 –>druck

Question 6

Spannungs-dehnungs-diagramm

Answer 6

Ideal-elastisch 
Elastisch-plastisch 
Viskoelastisch (spinnenseide)
J-material (haut)
S-shape-material (aterien)
plastisch

Y-Achse: sigma=Spannung
X-Achse: epsilon= dehnung

Biomechanik F3

Y/X bei Spannungs-Dehnungs Diagrammen

Question 7

Ideal elastische Materialien nennt man auch..

Answer 7

…hooksche Materialien

Question 8

Was ist der fließpunkt/die fließstärke?

Answer 8

Der Punkt an dem die maximale (elastische) spannung erreicht ist

Fiona- Unter dem Fließpunkt sind materialien komplett elastisch (deformationen werden wiederhergestellt). Über dem Fließpunkt sind komponente des materials permanent versetzt (plastischer fluss).

English: Yield Point.

Question 9

Was ist die reißlänge?

Answer 9

Der Punkt, an dem das Material reißt

Keine materialeigenschaft(?), da mit dimension [m]

Rebecca: per Definition Materialeigenschaft?!

Question 10

Wie misst man Material Eigenschaften bzw mit Was?

Answer 10

Makroskopischer materialien:
Kraftwaage
Mikrowaage
Einzelne Moleküle:
Opt. pinzette
Kraftmikroskop

Question 11

Wie wird der zeitliche verlauf eines spannung-dehnungs-diagramm dargestellt?

Answer 11

Y-Achse: epsilon=dehnung

X-Achse: t=zeit

Question 12

Bsptabelle für Materialien und die jeweilige Elastizitätsmodule. (Gummi, Knochen, Stahl, diamant)

Answer 12

Gummi 1 MPa
Knochen 10^4 MPa
Stahl 10^5 MPa
Diamant 10^6 MPa

Question 13

Scherspannung

Answer 13

Tau=dF/dA

Question 14

Schermodul

Answer 14

G=Tau/Gamma (scherwinkel)

Question 15

Torsionsspannung

Answer 15

Sigma_t=dF/dA

Question 16

Torsionsmodul

Answer 16

Y=sigma_t/alpha (torsionstress (Spannung-Franzi)/torsionswinkel)

Question 17

Torsionssteifigkeit

Answer 17

D = M/ phi

M: Drehmoment
phi: RotationsWinkel

Question 18

Drehmoment

Answer 18

M= [(pi×Y)/(2×L)]×R^4×phi =D ×phi_t

Y: torsionsmodul
phi: RotationsWinkel
D: torsionssteifigkeit

-> M ist von R in 4. Potenz abhängig!

in [N*m]

Question 19

Verhältnis von D_2/D_1

Answer 19

D_2/D_1 =[(R_2)^4-(R_2-d)^4]/(R_1^4)

Question 20

hooksches gesetz

Answer 20

sigma = E x epsilon in [Pa]

E: Elastizitätsmodul [Pa]
epsilon: Dehnung [dimensionslos]

Question 21

Elastizitätsmodul

Answer 21

= Härte

• beschreibt die inelastizität eines Materials -> temperaturabhängig
• Die Fähigkeit eines Materials Kräften zu widerstehen
• “Härte” ist viel spannung für wenig Dehnung

E = sigma / epsilon in [Pa]

sigma: Spannung [Pa]
epsilon: Dehnung [Dimensionslos]

Question 22

Erstatzschaltbilder

Answer 22

ANSCHAUEN VL:Biomechanik

Question 23

scherung

Answer 23

zwei an einem körper angreifende, parallel zueinander in entgegengesetzte richtung wirkende kräfte bewirken eine scherung des körpers und heißen daher SCHERKRÄFTE.

Question 24

Torsion

Answer 24

bei einer torsion werden paralell zueinander liegende oberflächen gegeneinander verdreht, was auch eine scherung darstellt. die länge des gegenstands sowie sein querschnitt bleiben dabei idealer weise unverändert.
-> stark radius abhängig

Question 25

dehnungsenergie

Answer 25

beim irreversieblen dehnen wird die geleistete arbeit (energie) in wärme umgewandelt.

Energie/Fläche = E/A = 1/2 x sigma x deltaL in [N/m]

Question 26

Anisotropie

Answer 26

Dehnung ist in x,y und/oder z-Richtung NICHT gleich. biolog. materialien sind anisotrop, sie besitzen vorzugsrichtungen der kompression.

junges holz: große winkel, flexibel
altes holz: kleine winkel, steif

Kompression in einer Dimension wird durch Expansion in den beiden anderen Dimensionen kompensiert. Das Volumen ändert sich also nicht.

Im Idealfall teilt sich die Expansion gleichmäßig auf die anderen Dimensionen auf: e_y, e_x=-0,5*e_z

Question 27

Bsp für elatische materialien

Answer 27

Knochen, Chitin

Question 28

Bsp für ein visko-elastisches material

Answer 28

Spinnenseide

Question 29

bsp für J-shape material

Answer 29

haut

Question 30

Wichtigstes Struktur Molekül in der Natur

Answer 30

Cellulose