小梁骨的屈服行为

最近发表的一篇论文“用非线性均匀化方法评估骨小梁的宏观屈服行为”将骨骼的微观力学和宏观行为联系起来。这篇论文可能会引起本论坛同事的兴趣。摘要如下所示。

文摘:

采用高分辨率图像和有限元(FE)模型的计算均匀化方法已广泛用于评估骨小梁的各向异性弹性特性。本研究的目的是扩展其应用，以表征小梁骨的宏观屈服行为。使用微型计算机断层扫描设备扫描20个骨小梁样本，转换为体素化的FE网格，并对每个样本进行160个载荷情况(以定义一个均匀的多轴屈服面，代表几种可能的应变组合)。使用内部开发的并行代码进行模拟。非线性算法包括几何非线性和材料非线性。研究发现，在正态应变空间的拉-拉和压-压状态下，屈服应变具有各向同性行为。而在拉压象限、纯剪切面和法向剪切组合面，屈服时的宏观应变范数变化较大。此外，我们将顺时针和逆时针剪切作为单独的加载情况处理，表明这两个方向的差异不可忽视。利用二次屈服曲面来评估拟合优度，结果表明各向同性准则可以充分代表应变空间中的屈服，而各向异性准则的误差略小。因此，尽管各向同性屈服面是最合适的假设，但它可能不适用于所有载荷情况。 This work provides a comprehensive assessment of material symmetries of trabecular bone at the macroscale and describes in detail its macroscopic yield and its underlying microscopic mechanics.