Kraków, dn O C E N A

Transkrypt

1 Kraków, dn O C E N A rozprawy doktorskiej mgr inż. Anny FALKOWSKIEJ Wytrzymałość i trwałość zmęczeniowa porowatych spieków ze stali 316L przeznaczonych na implanty przedstawionej na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. 1. Zakres opiniowanej rozprawy Opiniowana rozprawa liczy 171 stron tekstu, w tym ponad 80 rysunków, 32 tabele oraz 165 pozycji literatury. Autorka podzieliła ją na 6 rozdziałów i jeden załącznik. Rozdział pierwszy, zatytułowany wstęp, otwiera wprowadzenie, w którym przedstawiony jest krótki rys historyczny dotyczący rozwoju materiałów porowatych otrzymywanych metodą metalurgii proszków. Przedstawiono w nim różnorodne zastosowania materiałów porowatych jak również określono ich główne zalety oraz niedostatki. Następnie Autorka omówiła pierwsze z materiałów przeznaczone na implanty, takie jak: stopy CoCrMoFe, spieki Ti oraz 316L, podkreślając wymagania stawiane w stosunku ich akceptowalności przez organizm a także brak dopasowania mechanicznego (duża różnica w wartościach modułu Younga) pomiędzy implantem oraz tkanką kostną. W dalszej kolejności przedstawiane zostały cele, zakres oraz teza pracy. W rozdziale drugim, stanowiącym przegląd stanu wiedzy na temat właściwości mechanicznych materiału porowatych ze szczególnym uwzględnieniem spieków stali 316L, opisano wpływ procesów technologicznych na właściwości mechaniczne dużo uwagi poświęcając wpływowi wielkości cząstek, temperatury oraz czasu spiekania. Autorka zauważyła braki literaturowe dotyczące bardziej ogólnego potraktowania wpływu porowatości na właściwości wytrzymałościowe oraz trwałość zmęczeniową. Rozdział trzeci zawiera wyniki badań doświadczalnych właściwości mechanicznych spieku stali 316L dla różnych wartości porowatości. Szczegółowe opis dotyczy kolejno: metodyki badań eksperymentalnych, przebiegu procesu wytwarzania materiałów porowatych metodą metalurgii proszków oraz nowych urządzeń (matryca do wytworzenia próbek, uchwyty mocujące do badań zmęczeniowych, specjalne przedłużenia ostrzy ekstensometrów). Następnie Autorka prezentuje wyniki badań otrzymane w próbie monotonicznego rozciągania, budując wykresy oraz tabele zależności modułu Younga, granicy plastyczności oraz wytrzymałości na rozciąganie wszystkie jako funkcje porowatości. W rozdziale czwartym zostały przedstawione wyniki badań zmęczeniowych towarzyszące stałej amplitudzie odkształcenia bądź naprężenia. Szczegółowej analizie poddano zarówno kształt pętli histerezy jak i przebiegi ekstremalnych składowych naprężenia oraz odkształcenia, wykreślono również krzywe trwałości zmęczeniowej odpowiadającej zależności typu Mansona-Coffina. Jeden z punktów zawiera oryginalne wyniki badań zmęczeniowych przeprowadzonych na próbkach zanurzonych w roztworze soli fizjologicznej, co odpowiada pracy materiału porowatego nasączonego płynem ustrojowym. Na koniec Autorka zaproponowała prawdopodobny scenariusz powstawania i rozwoju uszkodzeń w materiale porowatym. Rozdział piąty zawiera propozycję opisu stanu uszkodzenia materiału porowatego przy pomocy dwóch różnych praw kumulacji, w których przyrost uszkodzenia zależy bądź od amplitudy odkształcenia plastycznego bądź od przyrostu odkształcenia plastycznego i wartości rozciągającej składowej naprężenia. Zaproponowano również nieliniowe prawo kumulacji, w którym przyrost uszkodzenia jest uzależniony od przyrostu odkształcenia plastycznego, wartości rozciągającej składowej naprężenia oraz aktualnej wartości zmiennej uszkodzenia. W rozdziale szóstym zawarto podsumowanie wykonanych badań, wnioski i kierunki dalszych prac. W załączniku do pracy umieszczono 15 zestawów fotografii przedstawiających przełomy próbek poddanych obciążeniom monotonicznym bądź zmęczeniowym.

2 2. Ocena merytoryczna rozprawy Tematyka opiniowanej rozprawy, poświęconej wytrzymałości i trwałości zmęczeniowej porowatych spieków ze stali 316L przeznaczonych na implanty, należy do trudnych, nowoczesnych i aktualnych. Trudność tematyki związana jest z faktem, iż z jednej strony rozprawa dotyczy zjawisk wymagających przeprowadzenia serii eksperymentów zaś z drugiej strony opisywanych na gruncie mechaniki jako zagadnienia sprężysto-plastyczne, którym towarzyszy ewolucja uszkodzenia. Autorka bardzo słusznie postąpiła skupiając się w swojej pracy na badaniu porowatych analizie spieków stali 316L, gdyż są to typowe materiały znajdujące zastosowanie w współczesnej biomechanice a jednocześnie wyczerpanie na skutek zmęczenia podstawowych właściwości wytrzymałościowych zwykle wyklucza je z dalszego stosowania w stomatologii, ortopedii, chirurgii plastycznej itp. Autorka osiągnęła zamierzony cel wykonując serię eksperymentów o charakterze zarówno monotonicznym jak i cyklicznym, podała liczne wyniki szczegółowe i wreszcie zaproponowała model teoretyczny. Wszystkie oryginalne wyniki zostały starannie przedstawione na wykresach i w tablicach. Autorka wykazała bardzo dobre przygotowanie do przeprowadzania badań eksperymentalnych, analizy mikroskopowej złomów zmęczeniowych oraz wiedzę w zakresie opisu stanu uszkodzenia, a także gruntowną znajomość literatury pokrewnej. 3. Uwagi szczegółowe 3.1 Uwagi o charakterze merytorycznym oraz formalnym Studiując uważnie rozprawę zwróciłem szczególną uwagę na rozdział 5 zawierający modele opisujące proces kumulacji uszkodzenia w materiale porowatym. W związku z nimi pozwalam sobie sformułować dwie uwagi natury bardzo ogólnej: - Wszystkie modele, zarówno liniowe jak i nieliniowe, są bardzo silnie uproszczone głównie na skutek przyjęcia zależności konstytutywnych pomiędzy jednoosiowym odkształceniem oraz jednoosiowym naprężeniem. W rezultacie procesy fizycznie nieliniowego płynięcia plastycznego oraz stowarzyszonego z nim uszkodzenia nie mogą być prawidłowo opisane, gdyż Autorka posługuje się jednoosiowymi składowymi odkształcenia bądź naprężenia zamiast ich odpowiednimi dewiatorami. Równocześnie jednoosiowy charakter samego prawa konstytutywnego wyklucza z rozważań... anizotropię właściwości mechanicznych spieku porowatego wywołaną procesem kierunkowego zagęszczenia. Inne wartości granicy plastyczności, granicy wytrzymałości oraz modułu sprężystości... jak zauważa sama Autorka. - Opis procesu kumulacji uszkodzenia bazujący na hipotezie Palmgrena Minera odwzorowuje sposób w poprawny, z punktu widzenia ilościowego oraz jakościowego, jedynie początkowe pętle histerezy, którym towarzyszy jednakowy spadek amplitudy naprężenia po stronie rozciągania oraz ściskania. Natomiast zupełnie zawodzi w przypadku próby prawidłowego odwzorowania pętli histerezy odpowiadających zaawansowanemu uszkodzeniu, które charakteryzują się między innymi: bardzo silną asymetrią spadku amplitudy naprężenia, utworzeniem maksimum na gałęzi histerezy odpowiadającej ścieżce rozciągania oraz charakterystycznego punku przegięcia na gałęzi histerezy odpowiadającej ścieżce ściskania patrz rys. 4.8, 4.9 oraz W takim wypadku najlepiej posłużyć się teorią Lemaitre a Chachoche a wzbogaconą o efekt ciągłej deaktywacji uszkodzenia jak pokazano na poniższym rys. a) patrz Ganczarski A., Barwacz L. Low cycle fatigue based on unilateral damage evolution, Int. J. Damage Mechanics, 16(2), 2007,

3 3.2 Uwagi o charakterze edytorskim Autorka nie przeprowadziła starannego sprawdzenia tekstu pod kątem błędów edytorskich. Najczęściej mają one postać zamienionej litery w słowie: - str. 10, linia 6 od dołu... przez tym zamienionego porządku liter: - str. 143, linia 7 od góry,,... aot-of-phase błędnego znaku diakrytycznego: - str. 140, linia 17 od dołu,,... Ob, Ocenke... łacińska transkrypcja,,... Ob ocenke... dodatkowej litery w słowie: - str. 15, linia 9 od dołu... hydroksypapatowe... - str. 21, linia 12 od góry,,... (Disegil i Eschbachz, 2000) - str. 144, linia 15 od dołu,,... BioceramicsL... brakującej litery w słowie: - str. 44, linia 11 od góry,,... zależnści... - str. 171, linia 6 od góry,,... structure behave... trzecia osoba liczby pojedynczej wymaga,,s bądź niewłaściwego słowa: - str. 171, linia 2 od góry,,intended for... lepszym zwrotem jest,,addressed to W pracy daje się również zaobserwować brak porządku w przywoływaniu oraz cytowaniu pozycji literatury. W tekście pojawiają się przywołania następujących pozycji: - str. 26, linia 11 od góry,,mutlu i Oktaya (2011) - str. 28, linia 5 od góry,,(seweryn, 2004) - str. 28, linia 14 od dołu,,(lemaitre, 1996) - str. 28, linia 12 od dołu,,gołoś i Ellyin, 1987) - str. 28, linia 5 od dołu,,(needleman i Tvergaard, 1984) - str. 29, linia 14 od dołu,,seweryn i inni, str. 30, linie 10 i 11 od góry,,jahed i inni, str. 30, linia 14 od dołu,,tijssens i inni, 2000; Petit i inni, str. 31, linia 15 od dołu,,socie, 1993; McDiarmid, str. 31, linia 9 od dołu,,ellyina i innych (1988) - str. 31, linia 8 od dołu,,pana i innych (1999) których niestety brakuje w spisie literatury. W przypadku kilku pozycji literatury brakuje roku wydania bądź jest on błędny: - str. 27, linia 13 od góry,,... Sulonga i innych... wymaga uzupełnienia o (2015) - str. 30, linia 3 od dołu,,morrowa (1956). prawidłowy rok wydania (1965) - str. 68, linia 7 od dołu,,morrow, 1956: uwaga jak wyżej Równocześnie w spisie literatury pojawiają się następujące pozycje: - 2. ASTM E606-80/ E 606M-12

4 - 47. Gough H.J. (1950) Kachanov L.M. (1958) Li S., Huang B., Li Y. (2003) Łagoda T., Macha E. (1998) Mowbray D.F. (1980) Serensen S.V. (1963) Szusta J., Seweryn A., Buczyński A. (2008)... które nie mają przywołania w tekście. Brakuje przywołania oraz komentarza do rys W recenzowanym egzemplarzu pracy brakuje strony 170, natomiast strona 171 pojawia się dwukrotnie. 4. Wniosek końcowy Opiniowana rozprawa stanowi samodzielne studium na temat wytrzymałości i trwałości zmęczeniowej porowatych spieków ze stali 316L przeznaczonych na implanty. W moim przekonaniu rozprawa spełnia wymagania stawiane rozprawom doktorskim. Stawiam więc wniosek o dopuszczenie mgr inż. Anny Falkowskiej do publicznej dyskusji nad rozprawą. prof. dr hab. inż. Artur Ganczarski

5

6

7

8

9

10

11