Issue 22

D. Cerniglia et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 22 (2012) 56-68 ; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.22.07 64 Esprimendo il coefficiente di riflessione R come rapporto tra l’ampiezza dell’onda incidente (H 0 ) in assenza di carico e l’ampiezza dell’onda riflessa per un dato carico applicato (H i ), R assume due valori estremi. Ha valore unitario quando nessuna quota di energia ultrasonica è trasmessa attraverso l’interfaccia (carico esterno nullo), valore nullo quando tutta l’energia è trasmessa attraverso l’interfaccia, ciò implica che ciascun punto delle due superfici è in perfetto contatto ( situazione ideale). In pratica un’interfaccia sollecitata sarà caratterizzata da un valore intermedio del coefficiente di riflessione, valore dipendente dalle condizioni del contatto. Quindi l’analisi quantitativa della riflessione ultrasonora può essere impiegata per definire i confini della regione di contatto mediante l’elaborazione grafica dei dati sulla riflessione, che consente la costruzione di mappe cromatiche in cui si delinea l’estensione e il grado di accoppiamento in funzione della tonalità associata. I dispositivi utilizzati per eseguire le prove sperimentali sono una macchina prova materiali, un sensore, un pulser, un ricevitore di segnali ed un oscilloscopio. Il sensore utilizzato è di tipo piezoelettrico, ad immersione, con frequenza nominale di 4 MHz e diametro 10 mm. Durante l’esecuzione delle prove è stato necessario ridurre del 50% il diametro dell’area attiva del cristallo mediante un apposito riduttore, in modo tale da incrementare la risoluzione delle acquisizioni. Per garantire l’applicazione dell’esatto carico tra i componenti costituenti la protesi in esame, è stato necessario strumentare il provino in modo tale da riuscire ad interfacciarlo con la macchina prova materiali INSTRON, che permette una regolazione precisa del carico imposto. Ciò è stato fatto mediante l’interposizione di dispositivi di ancoraggio, realizzati per permettere sia l’inclinazione relativa che il corretto allineamento con la traversa mobile della macchina. Inoltre nella componente femorale si è creato un involucro di contenimento per l’acqua, in quando le analisi sono state effettuate ad immersione (Fig. 11). Figura 11 : Protesi montata sulla macchina prova materiali. Figure 11 : Knee prosthesis installed in the material testing machine. La natura visco-elastica dell’UHMWPE è tale da provocare una variazione del livello di carico imposto a causa di un aumento della deformazione. Questo decremento di carico provoca una non corretta valutazione dei risultati. Per epurare le analisi da questo effetto spurio, è stata condotta una prova di carico preliminare in controllo di spostamento per valutare l’andamento del carico in funzione del tempo. Dopo una prima fase in cui il decremento è di tipo esponenziale, la pendenza risulta meno marcata e tale da garantire la corretta valutazione del carico applicato a meno di variazioni pari al 10%; ritenute ininfluenti ai fini dell’analisi. Da ciò scaturisce l’esigenza di effettuare tutte le acquisizioni dopo un periodo iniziale di stabilizzazione pari a 300 s. Le prove sperimentali sono state precedute da uno studio preliminare, volto a determinare il livello di attenuazione delle onde ultrasonore, dovuto alla diffusione causata dalla particolare finitura superficiale della componente femorale. Le asperità si comportano da minuscoli ostacoli, i quali complessivamente danno origine ad una dispersione dell’energia