Es hat sich gezeigt, dass Knochen mit einer hierarchischen Struktur, die sich von der Nanoskala bis zur Makroskala erstreckt, und einem Verbunddesign aus nanogroßen Mineralkristallen, die in eine organische Matrix eingebettet sind, mehrere Vorspannmechanismen aufweisen, die seine Zähigkeit erhöhen. Diese Mechanismen können die Rissausbreitung stoppen, verlangsamen oder ablenken und dazu führen, dass der Knochen vor dem Bruch eine mäßige plastische Verformung aufweist. Darüber hinaus enthält Knochen einen hohen volumetrischen Anteil an organischen Stoffen und Wasser, wodurch er sich vor dem Bruch nichtlinear verhält. Viele Forscher verwendeten die Festigkeit oder den kritischen Spannungsintensitätsfaktor (Bruchzähigkeit), um die mechanischen Eigenschaften von Knochen zu charakterisieren. Diese Parameter berücksichtigen jedoch nicht die Energie, die für die plastische Verformung vor dem Knochenbruch aufgewendet wird. Um die mechanischen Eigenschaften von Knochen genau zu beschreiben, haben wir die elastisch-plastische Bruchmechanik angewendet, um die Bruchzähigkeit von Knochen zu untersuchen. Das J-Integral, ein Parameter, der sowohl die bei den elastischen als auch bei den plastischen Verformungen verbrauchten Energien abschätzt, wurde verwendet, um die vor dem Knochenbruch verbrauchte Gesamtenergie zu quantifizieren. Zwanzig kortikale Knochenproben wurden aus der Mitteldiaphyse von Rinderfemuren geschnitten. Zehn von ihnen waren bereit, sich einer Querfraktur zu unterziehen, und die anderen 10 waren bereit, sich einer Längsfraktur zu unterziehen. Die Proben wurden nach der in ASTM E1820 vorgeschlagenen Apparatur hergestellt und in destilliertem Wasser bei 37 Grad C getestet. Das durchschnittliche J-Integral der transversal gebrochenen Proben betrug 6.6 kPa m, was 187% größer ist als bei longitudinal gebrochenen Proben (2,3 kPa m). Es wurde festgestellt, dass die für die plastische Verformung der longitudinal gebrochenen und transversal gebrochenen Rinderproben aufgewendete Energie das 3,6-4,1-fache der für die elastische Verformung aufgewendeten Energie betrug. Diese Studie zeigt, dass die mit dem J-Integral geschätzte Zähigkeit von Knochen viel größer ist als die mit dem kritischen Spannungsintensitätsfaktor gemessene Zähigkeit. Wir schlagen vor, dass die J-Integral-Methode eine bessere Technik zur Schätzung der Knochenstärke ist.