بررسی تجربی رفتار شکست مود ترکیبی کششیبرشی در فصل مشترک قطعه دو ماده ای دیسک برزیلی ساخته شده از استخوان مهرهسیمان استخوانی

استفاده از رزین‌ها و کامپوزیت‌های استخوانی یکی از روش‌ها مناسب برای تقویت استخوان‌های آسیب‌دیده و دچار پوکی می‌باشد. تزریق سیمان یکی از روش‌های رایج جهت تقویت فوری استخوان‌های صدمه‌دیده است. چنانچه در هنگام تزریق سیمان استخوانی به بافت استخوان در فصل مشترک اتصال ناپیوستگی و عدم چسبندگی به وجود آید، این عدم چسبندگی همچون یک ترک رفتار نموده و در اثر اعمال بارهای مکانیکی می‌تواند باعث جدایش اتصال سیستم دو ماده‌ای استخوانسیمان شود. در این مقاله با استفاده از قطعه دو ماده‌ای (بافت اسفنجی استخوان مهره گاو سیمان استخوانی هیدروکسی آپاتیت) به شکل دیسک برزیلی به بررسی رفتار شکست فصل مشترک اتصال در حالت‌های مختلف بارگذاری پرداخته می‌شود. آزمایش‌های شکست مود ترکیبی در زوایای مختلف 0، 9، 18 و 27 درجه نسبت به فصل مشترک اتصال انجام و مقادیر متناظر بار و انرژی شکست نمونه‌ها به دست آمد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش زاویه بارگذاری و افزایش مود لغزشی، مقدار بار و انرژی شکست اندکی افزایش می‌یابد. همچنین در تمامی حالت‌های بارگذاری، شکست در فصل مشترک استخوان سیمان اتفاق می‌افتد. مقایسه نمونه‌های دو ماده‌ای استخوانسیمان و تک‌ماده استخوان نشان‌دهنده افزایش نیرو و انرژی شکست در نمونه‌های استخوانسیمان به نسبت نمونه تک‌ماده‌ای استخوان می‌باشد.

Experimental mixedmode fracture study in the interface of vertebrae bone tissuehydroxyapatite cement using the bimaterial Brazilian disc specimen

The use of resin based cement is a common method for strengthening and retaliation the damaged bones material. However due to lack of sufficient adhesion in the interface of two materials (i.e. bone and injected cement) a crack can be initiated in the interface and consequently it can be fractured due to application of external loads to the repaired bone part. In order to investigate the load carrying capacity and reliability of bimaterial joint of bone’s soft tissuehydroxyl apatite cement, a number of bimaterial bonecement specimens in the shape of circular disc containing a center crack in the interface of disc and subjected to diametral compression were tested. The bimaterial specimens were load under different inclination angles of crack related to the loading direction. This results in application of different mixed mode I+II (i.e. tensileshear deformation) in the interface of center crack. The results showed that the fracture load and fracture energy becomes more by increasing the crack inclination angle (i.e. increasing the contribution of shear mode deformation relative to mode I component). In addition the overall strength of bimaterial bonecement system was higher than the neat one material bone material. The fracture of all tested bimaterial samples was extended along the interface line of Brazilian disc specimen with no kinking into any of two bone or cement materials.