Hvor tøft er bein? Anvendelse av elastisk-plast frakturmekanikk til bein

Bein, med en hierarkisk struktur som spenner fra nano-skala til makro-skala og en sammensatt design bestående av nano-størrelse mineralkrystaller innebygd i en organisk matrise, har vist seg å ha flere herdemekanismer som øker dens seighet. Disse mekanismene kan stoppe, bremse eller avlede sprekkutbredelse og føre til at bein har en moderat mengde tilsynelatende plastisk deformasjon før brudd. I tillegg inneholder bein en høy volumetrisk prosentandel av organiske stoffer og vann som gjør at den oppfører seg ikke-lineært før brudd. Mange forskere brukte styrke eller kritisk stressintensitetsfaktor (bruddseighet) for å karakterisere den mekaniske egenskapen til bein. Disse parametrene tar imidlertid ikke hensyn til energien som brukes i plastisk deformasjon før beinbrudd. For å nøyaktig beskrive de mekaniske egenskapene til bein, brukte vi elastisk-plast frakturmekanikk for å studere beinets bruddseighet. J-integralet, en parameter som estimerer både energiene som forbrukes i elastiske og plastiske deformasjoner, ble brukt til å kvantifisere den totale energien som ble brukt før beinbrudd. Tjue kortikale beinprøver ble kuttet fra midten av diafysen av bovine lårben. Ti av dem var forberedt på å gjennomgå tverrgående brudd og de andre 10 var forberedt på å gjennomgå langsgående brudd. Prøvene ble fremstilt etter apparatet foreslått I ASTM E1820 og testet i destillert vann ved 37 grader C. den gjennomsnittlige j integral av de tverrfrakturerte prøver ble funnet å være 6.6 kPa m, som er 187% større enn for langsgående bruddprøver (2,3 kPa m). Energien som ble brukt i plastisk deformasjon av de langsgående frakturerte og tverrfrakturerte okseprøver ble funnet å være 3,6-4,1 ganger energien brukt i elastisk deformasjon. Denne studien viser at seighet av bein estimert ved Hjelp Av j-integralet er mye større enn seighet målt ved hjelp av kritisk stressintensitetsfaktor. Vi foreslår At j integral-metoden er en bedre teknikk for å estimere beinets seighet.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.

More: