Unité Design & Materials - Laboratoire de Technologie des Matériaux

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1 Route du Rawyl 47, CH-1950 Sion Unité Design & Materials - Laboratoire de Technologie des Matériaux Mesures comparatives de l'impact d'une morsure de chien de type "Rottweiler" avec et sans "Applique" pour SACIRI AG. Auteurs : Nicolas Schmidt; Daniel Zufferey; HES-SO // Valais-Wallis, Unité Design & Materials, Sion. Introduction La demande de l'entreprise "SACIRI AG", représentée par Monsieur Saciri Septim, sise à Brig-Glis en Suisse est de mesurer l'impact d'une morsure créée par une mâchoire de Rottweiler 1 et de cette même mâchoire protégée par une "Applique" en polymère "Sphérolite" 2. Un simulateur en acier coulé d'une mâchoire inférieure et supérieure de chien, de type "Rottweiler" ainsi qu'une applique en polymère "Sphérolite" pour chacune des dentures ont été mis à disposition pour les essais par le mandant. La campagne de mesure est effectuée en utilisant des plaques carrées de bois de type "sapin 3 plis" de 100x100x25 mm. Le choix d'un matériau fibreux tel que le bois est basé sur la possibilité de pouvoir "lire" l'empreinte de la mâchoire après morsure. Les tests ont couvert une gamme de force comprise entre 200 et 1800 ±0.1% [N] pour des déplacements compris entre 0 et 20 ±0.01[mm]. La vitesse de fermeture des mâchoires est de 20 ±0.5 mm/min, ce qui correspond à un essai de type statique. La limite de 1800 [N] correspond à la pression de fermeture maximale d'une mâchoire de Rottweiler et la distance de 20 mm à la longueur moyenne des canines du simulateur. Résultats Les graphiques ci-dessous présentent les résultats des mesures sur la mâchoire inférieure avec et sans applique de protection. La pression spécifique est obtenue en se basant sur le rapport de la charge appliquée sur l'aire projetée des empreintes laissées par les canines inférieures après morsure (Graph. 1). La profondeur de pénétration correspond à la mesure moyenne de la pénétration des deux canines inférieures (Graph. 2). Pression spécifique [MPa] [Mpa] Sans applique [Mpa] Avec applique Force [N] Graph. 1 : Pression spécifique appliquée avec et sans protection. La courbe supérieure en rouge (x) montre l'évolution de la pression spécifique d'une morsure par une mâchoire non protégée. Pour une charge minimale de 200 [N] la pression atteint 14.7 [MPa] et sous 1800 [N] elle atteint 28.3 [MPa]. Un maximum de 32.3 [MPa] a été mesuré à 1600 [N]. Les perforations laissées dans le matériau sont nettes et l'on note la présence de déchirures de la fibre. Par contre les tests avec l'applique "Sphérolite" en place dans la mâchoire, courbe inférieure en bleu ( ), montrent que sous une charge de 200 [N] la pression n'est que de 10.5 [MPa] et qu'avec 1800 [N] elle est de 14.3 [MPa]. Un maximum de19.6 [MPa] a été mesuré à 1200 [N]. Les empreintes laissées dans le matériau ne présentent pas de déchirures de la fibre mais essentiellement un écrasement. La réduction de la pression spécifique est de l'ordre de 40%. Pénétration moyenne [mm] [mm] Sans applique [mm] Avec applique Graph. 2 : Profondeur de pénétration des canines inférieures dans le matériau avec et sans protection Force [N] La profondeur de pénétration des canines inférieures a également été mesurée pour la même gamme de charge. La courbe supérieure en rouge (x) traite de la pénétration des canines sans protection alors que la courbe inférieure en bleu ( ) correspond à une mâchoire protégée par l'applique "Sphérolite". On relève, pour des charges inférieures ou égales à 800 [N] que les canines pénètrent entre 0.3 et 1.5 [mm] dans le matériau, quelque soit le mode de morsure, avec ou sans protection. Par contre pour des charges supérieures à 800 [N], la morsure sans protection montre une pénétration nettement plus profonde, elle atteint 4.8 [mm] alors qu'elle se limite à 2.7 [mm] si une protection est installée. La réduction de pénétration est donc ici de 44%. Conclusion Cette première campagne de test montre que l'utilisation d'une applique "Sphérolite" installée sur une mâchoire de chien de type "Rottweiler" diminue de façon significative aussi bien la pression spécifique que la profondeur de pénétration des canines dans le matériau testé. De plus lors de l'utilisation d'une applique "Sphérolite" le matériau ne présente plus de déchirures mais préférentiellement des phénomènes d'écrasement. Des campagnes d'essai sur d'autres matériaux devraient être envisagées pour confirmer ces premiers résultats. 1 2 Les désignations "Rottweiler" et "Sphérolite" sont des dénominations client. Note : Toute modification de ce texte doit être approuvée préalablement par la HES-SO // Valais-Wallis. Les traductions sont sous la responsabilité du traducteur et doivent citer les références et la langue du texte original.

2 Übersetzung aus dem Französischen Vergleichsmessungen über die Wirkung eines Hundebisses der Rasse Rottweiler mit und ohne Zahnüberzug SACIRI AG. Von Nicolas Schmidt, Daniel Zufferey, HES-SO // Wallis, Unité Design & Materials, Sion. Einleitung Die Anfrage der Firma SACIRI AG, mit Sitz in Brig-Glis in der Schweiz, vertreten durch Herrn Septim Saciri, betraf die Messung der Wirkung eines durch den Kiefer eines Rottweilers 1 verursachten Bisses und der Wirkung des Bisses dieses gleichen Kiefers, der aber durch einen Zahnüberzug aus Spherolit 2 -Polymer geschützt war. Eine Nachbildung aus Gussstahl eines Unter- und eines Oberkiefers eines Hundes der Rasse Rottweiler sowie ein Zahnüberzug aus Spheriolit -Polymer sind für die Versuche für jedes Gebiss vom Klienten zur Verfügung gestellt worden. Die Versuchsreihe ist mit quadratischen Holzplatten des Typs Tanne 3-fach von je 100x100x25 mm durchgeführt worden. Die Wahl eines faserigen Materials wie Holz beruhte auf der Möglichkeit, den Eindruck des Kiefers nach dem Biss lesen zu können. Die Versuche haben einen Kraftbereich zwischen 200 und 1800 ±0.1% [N] für Bewegungen von 0 bis 20 ±0.01 [mm]. Die Schliessgeschwindigkeit des Kiefers beträgt 20 ±0.5 mm/min, was einem Versuch statischer Art entspricht. Der Grenzwert von 1800 [N] entspricht dem maximalen Schliessdruck eines Rottweilerkiefers und die Distanz von 20 mm der Durchschnittslänge der Eckzähne des Simulators Ergebnisse Die nachstehenden Graphiken stellen die Ergebnisse der Messungen am Unterkiefer mit und ohne Zahnüberzugsschutz dar. Der spezifische Druck wird erhalten, indem man sich auf das Verhältnis bezieht zwischen der Belastung, die auf den vorgestülpten Bereich der Eindrücke der unteren Eckzähne nach dem Biss angewandt wurde (Graphik 1). Die Eindringungstiefe entspricht dem Durchschnittsmass der Eindringung der beiden unteren Eckzähne (Graphik 2). Die obere Kurve (rot, x) zeigt die Evolution des spezifischen Drucks eines Bisses durch einen nicht geschützten Kiefer. Bei einer minimalen Belastung von 200 [N] erreicht der Druck 14.7 [MPa] und bei 1800 [N] erreicht er 28.3 [MPa]. Ein Maximum von 32.3 [MPa] wurde bei 1600 [N] gemessen. Die im Material hinterlassenen Perforationen sind sauber und man erkennt das Vorhandensein von zerrissenen Fasern. Die Versuche mit dem Spherolit -Zahnüberzug auf dem Kiefer eingesetzt hingegen - untere Kurve in blau ( ) - zeigen, dass bei einer Belastung von 200 [N] der Druck nur 10.5 [MPa] beträgt, und dass bei 1800 [N] der Druck nur 14.3 [MPa] beträgt. Ein Maximum von 19.6 [MPa] wurde bei 1200 [N] gemessen. Die im Material hinterlassenen Eindrücke weisen keine zerrissenen Fasern auf, doch wohl eine wesentliche Quetschung. Die Verringerung des spezifischen Drucks beträgt etwas 40%.

3 Übersetzung aus dem Französischen Die Eindringungstiefe der unteren Eckzähne ist mit der gleichen Belastungsskala gemessen worden. Die obere Kurve in rot (x) handelt von der Eindringung der Eckzähne ohne Schutz, während die untere Kurve in blau ( ) einem Kiefer entspricht, der durch den Spherolit -Zahnüberzug geschützt ist. Man sieht daraus, dass bei Belastungen unter oder bis zu 800 [N] die Eckzähne zwischen 0.3 und 1.5 [mm] in das Material eindringen, welcher Art auch immer der Biss, mit oder ohne Schutz. Bei Belastungen über 800 [N] zeigt jedoch der Biss ohne Schutz eine klar tiefere Eindringung; sie erreicht 4.8 [mm], während sie bei eingeführtem Zahnüberzug auf 2.7 [mm] begrenzt bleibt. Die Reduktion der Eindringungstiefe beträgt hier somit 44%. Graphik 1: Spezifischer aufgewendeter Druck, mit und ohne Schutz Graphik 2: Eindringungstiefe ins Material der unteren Eckzähne, mit und ohne Schutz Schlussfolgerung Diese erste Versuchsreihe zeigt, dass die Verwendung eines Spherolit -Zahnüberzugs, der auf dem Kiefer eines Rottweilers eingesetzt wird, sowohl den spezifischen Druck als auch die Eindringungstiefe der Eckzähne in das getestete Material signifikant verringert. Dies umso mehr, als bei der Verwendung eines Spherolit -Zahnüberzugs das Material keine Risse mehr aufweist, sondern hauptsächlich Quetschungserscheinungen. Es sollten weitere Versuchsreihen an anderen Materialien vorgesehen werden, um diese ersten Resultate zu bestätigen. 1 2 Die Bezeichnungen Rottweiler und Spherolit sind Begriffe, die vom Kunden verwendet wurden.

4 Translation from French Comparison measurements of the impact of a bite by a Rottweiler dog, with and without a SACIRI Inc. bite guard by Nicolas Schmidt, Daniel Zufferey, HES-SO // Valais, Unité Design & Materials, Sion. Introduction The request by the SACIRI Inc. company, headquartered in Brig-Glis in Switzerland, represented by Mr. Septim Saciri, concerned measuring the impact of a bite created by the jaws of a Rottweiler 1 and of the same jaws protected by a bite guard made of a Spherolite 2 polymer. A cast steel simulator of the lower and upper jaws of a dog, of the Rottweiler breed, as well as a Spherolite polymer bite guard for each of the sets of teeth were made available for the tests by the client. The measuring campaign was carried out by using wooden squares of the three-ply fir type, of 100x100x25 mm. The choice of a fibrous material such as wood was based on the possibility of reading the imprint of the jaw after the bite. The tests covered a range of force between 200 and 1800 ±0.1% [N] for displacements from 0 to 20 ±0.01 [mm]. The jaws closing speed was 20 ±0.5 mm/min, corresponding to a static type test. The 1800 [N] limit corresponds to the maximum closing pressure of a Rottweiler, and the distance of 20mm to the average canine length of the simulator. Results The illustrations here below show the results of the measurements on the lower jaw, with and without protective bite guard. The specific pressure is obtained on the basis of the correspondence of the load applied to the projected area of the imprints left by the lower canines after the bite (illustration 1). The depth of penetration corresponds to the mean measure of penetration of the two lower canines (illustration 2). The upper curve in red (x) shows the evolution of the specific pressure of a bite by an unprotected jaw. With a minimum load of 200 [N], the pressure reaches 14.7 [MPa] and at 1800 [N] it reaches 28.3 [MPa]. A maximum of 32.3 [MPa] was measured at 1600 [N]. The perforations left in the material are clear cut and the presence of tearing of the fibers is noted. On the other hand, the tests with the Spherolite bite guard in place on the jaw, lower curve in blue ( ), show that under a load of 200 [N], the pressure is only 10.5 [MPa], and that under a load of 1800 [N], the pressure is only 14.3 [MPa]. A maximum of 19.6 [MPa] was measured at 1200 [N]. The imprints left in the material do not show any tears of the fiber, but essentially a crushing. The reduction of the specific pressure is around 40%. The depth of penetration of the lower canines has also been measured with the same load range. The upper curve in red (x) shows the penetration of the canines without protection, whereas the lower curve in blue ( ) corresponds to a jaw protected by the Spherolite bite guard.

5 Translation from French We find that with loads below or equal to 800 [N], the canines penetrate between 0.3 and 1.5 [mm] into the material, whatever the mode of biting, with or without protection. With loads above 800 [N], however, the bite without protection shows a clearly deeper penetration; it reaches 4.8 [mm], whereas with the protection inserted, it is limited to 2.7 [mm]. The reduction of penetration in this case is thus 44%. Illustration 1: Specific pressure applied, with and without protection Illustration 2: Depth of penetration of the lower canines into the material, with and without protection Conclusion This first series of tests shows that the use of a Spherolite bite guard inserted on the jaw of a dog of the Rottweiler type significantly reduces, both the specific pressure as well as the depth of penetration of the canines in the tested material. Moreover, when a Spherolite bite guard is being used, the material no longer shows any tears, but rather crushing phenomena. It would be advisable to do some series of tests on other materials to confirm these first findings. 1 2 The designations Rottweiler and Spherolite are names used by the client. French is the prevailing version