Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage, die grundlegenden mechanischen Eigenschaften kollagener Gewebe zu kennen und im gegebenen Fall auf eigene experimentelle Studien anwenden zu können. Die genannten mechanischen Eigenschaften umfassen insbesondere nichtlineare viskoelastische Charakteristika der Gewebe. Von der experimentellen Seite werden sowohl einachsige Versuche an Sehnen und Bändern als auch zweiachsige Versuche an Hautproben hinsichtlich der experimentelle Methoden als auch der theoretischen Interpretation vorgestellt.
Lehrinhalt; 1. Wesentliche Grundelemente biologischer Gewebe (Elastine, Collagene, Sehnen, Muskeln, Haut) 2. Kurze (referierende) Einführung in die möglichen Strukturen von Geweben, mit besonderer Berücksichtigung von biologischen Geweben. 3. Analyse der zu erwartenden theoretischen und experimentellen Problematiken. --) Spannung- und/oder Entropieelastizität --) Große Verformungen. --) Nichtlineare anisotrope Werkstoffgesetze. Inkrementelle Versuchsführung und Beschreibung der 'quasi infinitesimalen' Belastungsschritte mittel, des generalisierten Hooke schen Gesetzes, Additivität der Ergebnisse der inkrementellen Schritte durch Anwendung Der Henky schen Dehnungsdefinition. --) Rheologische Probleme. --) Thermische Probleme. --) Kritik des Spannungsbegriffes. 3.1 Einachsige Zugversuche (statische und dynamische) --) Einspannprobleme. --) Bestimmung der Refererenzlänge. --) Einfluss der Versuchsführung (Belastungsgeschwindigkeit, Temperatur, Hysterese (dissipierte Energie, 'warm-up' Effekt). --) Charakteristische Merkmale typischer Werkstoffkennlinien und deren eventuell mögliche Korrelation mit der Gewebegeschichte (z. B. Alter oder diverse Krankheitsstadien). 3.2 Zweiachsige Versuche (statisch, bzw. quasistatisch). --) Allgemeine Anforderungen an Belastungsvorrichtungen für die zweidimensionale Untersuchung allgemein anisotroper Strukturen (Deformations- versus Kraftsteuerung). --) Spezielle Realisierung für die zweidimensionale Untersuchung allgemein anisotroper von Gewebeproben. --) Versuchsstrategien für Gewebeuntersuchungen. --) Auswerteverfahren. --) Interpretation der Ergebnisse vom Standpunkt der Mechanik.
An einer Reihe von Beispielen aus der Literatur und aus eigenen Studien werden Diagramme des Spannungs-Dehnungsverlaufes gezeigt, und die charakteristischen Bereiche der normalen tägliche Aktivität, sportlicher Aktivität, und gegebenenfalls Überbeanspruchung skizziert. Diese Bereiche werden auch mit der sukzessive Beanspruchung der jeweiligen hierarchischen Ebene der Gewebsstruktur in Zusammenhang gebracht.
In zweiachsigen Versuchen wird das kollagene Netzwerk je nach Hauptbelastungsrichtung umgeordnet. Dies wird mit dem Verlauf der sogenannten "Langerschen Linien", in der (plastischen) Chirurgie von Bedeutung sind, zur Deckung gebracht oder eben auch nicht.
Die Prüfung erfolgt schriftlich, wobei nur die Grundzüge, wie etwa die grundlegenden Komponenten des kollagenen Gewebes, und der Zusammenhang mit mechanischen Charakteristika, zu kennen sind. Weniger Wert wird auf die Erfassung der mechanischen Eigenschaften durch mathematische Gleichungen gelegt.
