jak wytrzymała jest kość? Zastosowanie mechaniki pękania elastyczno-plastycznego do kości

Kości, o hierarchicznej strukturze, która rozciąga się od nano-skali do makro-skali i złożonej konstrukcji złożonej z nano-wielkości kryształów mineralnych osadzonych w matrycy organicznej, wykazano, że mają kilka mechanizmów hartowania, które zwiększają jej wytrzymałość. Mechanizmy te mogą zatrzymać, spowolnić lub odchylić propagację pęknięć i spowodować, że kość ma umiarkowaną ilość pozornej deformacji plastycznej przed złamaniem. Ponadto kość zawiera wysoki procent objętościowy substancji organicznych i wody, co sprawia, że zachowuje się nieliniowo przed złamaniem. Wielu badaczy wykorzystało siłę lub współczynnik intensywności krytycznego stresu (wytrzymałość na pękanie) do scharakteryzowania właściwości mechanicznych kości. Jednak te parametry nie uwzględniają energii zużywanej w odkształceniu plastycznym przed złamaniem kości. Aby dokładnie opisać właściwości mechaniczne kości, zastosowaliśmy elastyczno-plastyczną mechanikę złamań, aby zbadać wytrzymałość złamania kości. Całka J, parametr szacujący zarówno Energie zużyte w odkształceniach elastycznych, jak i plastycznych, został użyty do ilościowego określenia całkowitej energii zużywanej przed złamaniem kości. 20 okazów kości korowej wycięto ze środkowej części kości udowej bydła. Dziesięć z nich przygotowano do złamania poprzecznego, a pozostałe dziesięć przygotowano do złamania wzdłużnego. Próbki przygotowano zgodnie z aparatem sugerowanym w ASTM E1820 i przetestowano w wodzie destylowanej w temperaturze 37 stopni C. Średnia Całka J z próbek pękniętych poprzecznie wynosiła 6.6 kPa m, co jest o 187% większe niż w przypadku okazów pękniętych wzdłużnie (2,3 kPa m). Stwierdzono, że energia zużyta w odkształceniu plastycznym odkształceń wzdłużnych i poprzecznych bydła była 3,6-4,1 razy większa od energii zużywanej w odkształceniu sprężystym. Badanie to pokazuje, że wytrzymałość kości oszacowano za pomocą całki J jest znacznie większa niż wytrzymałość mierzona przy użyciu współczynnika intensywności krytycznego naprężenia. Sugerujemy, że metoda całkowania J jest lepszą techniką w szacowaniu wytrzymałości kości.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

More: