Simulation of Combined Stresses and Stress Concentration Factor Effects on a Femur Cortical Bones

• Velez-Cruz, Alex J. ^[1]
  1. [1] Polytechnic University of Puerto Rico

     Polytechnic University of Puerto Rico

     Puerto Rico

     
• Localización: Minerva: Multidisciplinaria de Investigación Científica, ISSN-e 2075-8960, Vol. 3, Nº. 8, 2022 (Ejemplar dedicado a: Minerva Journal of Scientific Research), págs. 8-19
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Simulación de los Efectos de Combinaciones de Esfuerzo y Factor de Concentración de Esfuerzo en Hueso Femoral Cortical
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    Los propósitos de este artículo fueron obtener propiedades mecánicas de muestras secas en hueso fémur a través de fuerzas en tensión y del factor de concentración de esfuerzos y proveer simulaciones para predecir comportamientos experimentales basados en manipulaciones de ciertos parámetros y propiedades. Dado que las muestras tienen geometrías características, fue necesario desarrollar un modelo matemático para describir las combinaciones de esfuerzos que interaccionaban en el hueso cuando se aplica una carga de tensión. Las muestras tienen diámetros promedios y longitudes de 0.5 y 2 pulgadas respectivamente y fueron evaluadas utilizando una Maquina de Tensión Universal para determinar propiedades mecánicas como esfuerzos ultimo y de fluencia, módulo de elasticidad, entre otras. Varias simulaciones fueron ejecutadas para evaluar criterio de fallas tales como “Esfuerzo Von Mises”,“Tresca” y “Tsai-Wu”. Finalmente, se concluyó que 83% de los datos obtenidos de 22 muestras observadas en gráficas “Esfuerzo-Desplazamiento” mostraron una relación directamente proporcional.

  • English

    The purposes of this article were to obtain mechanical properties of the dry femur cortical bone samples through a tensile load and stress concentration factor approach and to provide simulations to predict experimental behaviors based on manipulations of certain properties and parameters of the biomaterial. Since bone samples have characteristics and geometries, the development of a mathematical model was necessary to describe the combination of stresses interacting in the bone when a tension load is applied. The samples have average diameters and lengths of 0.5 and 2 inches respectively and were tested using a 10 kN Universal Tensile Machine to determine mechanical properties such as yield and ultimate stress, young module, and fracture, among others. Several simulations were conducted to evaluate failure criteria like “Von Mises”, “Tresca” and “Tsai-Wu”. Finally, was concluded that 83% of the data obtained from the 22 samples observed in the “Stress-Strain” charts showed a directly proportional relationship.