خواص مکانیکی و رفتار سازه‌ای استخوان در سطح نانو با به‌کارگیری المان‌های چسبنده

نویسندگان

1 گروه سازه و زلزله، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران

2 عضو هیئت علمی و پروفسور بیومکانیک، دانشگاه برن، برن، سوئیس

3 گروه سازه و زلزله، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

doi
10.22060/mej.2020.16827.6448
چکیده

استخوان بافت بیولوژیکی معدنی بوده که اجزاء اصلی آن دارای خواص مکانیکی بسیار متفاوتی می‌باشند. علائم بالینی برخی از بیماری‌ها در سطح ماکرو رخ داده ولی علت آن تغییر ساختار استخوان در سطح نانو می‌باشد، بنابراین انجام مطالعات در سطوح نانو و میکرو ضروری می‌باشد. در تحقیق حاضر خواص الاستیک و رفتار استخوان در سطح نانو با روش اجزاء محدود مدل‌سازی شده و از لایه‌های چسبنده استفاده شده است. پس از صحت‌سنجی مدل، نتایج توزیع تنش و خواص الاستیک آن با نتایج تحلیلی مقایسه شده است. نسبت کرنش مواد معدنی به کل مدل که در مطالعات پیشین ارزیابی نشده، برای مصالح بینابینی مختلف ارائه شده است. تاثیر تغییر نسبت حجمی مواد معدنی و خصوصیات مکانیکی کلاژن بر رفتار مدل نیز بررسی شده است. نتایج مقایسه مدل عددی با سایر مدل‌ها نشان دهندۀ تطابق بسیار خوبی می‌باشد. مصالح بینابینی کلاژن و صفحات معدنی با خواصی ناشناخته مهم‌ترین عامل گسیختگی فیبریل کلاژن معدنی بوده و حضور لایه ضخیم آب با پیوندهای واندوالسی و برشی ویسکوز به عنوان محتمل‌ترین لایۀ چسبنده می‌باشد. خواص غیرخطی کلاژن سبب ایجاد تغییرات چشمگیری در مدل شده و جهت کاهش محاسبات در مدل‌های سه‌بعدی، می‌توان از ساختار تک سلولی با شرایط مرزی پریودیک استفاده نمود.