بررسی رفتار پس از تسلیم استخوان کورتیکال در آزمایش فروروی نانو با استفاده از روش اجزاء محدود اویلر-لاگرانژ دلخواه

در این مقاله با به کارگیری روش اجزاء محدود اویلرلاگرانژ دلخواه، جریان ماده و میزان برآمدگی استخوان در آزمایش فروروی نانو با خطای کمتر از 1% پیش بینی گردید. همچنین پارامترهای مناسب برای مدل دراکرپراگر برای پیش بینی رفتار پس از تسلیم استخوان کورتیکال گاوی ارائه شد، به‌طوری‌که نتایج به‌دست‌آمده از میزان نیروی وارده بر استخوان برحسب جابجایی ابزار فرورونده، با انحراف کمتر از 5% از نتایج آزمایشگاهی بدست آمد. همچنین نشان داده شد که تغییر زاویه اتساع از صفر به 10 درجه تا 40% می تواند بیشترین نیروی وارد بر استخوان را افزایش دهد.

Investigation of cortical bone post-yield behavior in nano-indentation test using ALE finite element method

Nanoindentation test is one of the most common method to study the material postyielding behavior providing a suitable material model. Nowadays, this test is also used to investigate the pressuredependent behavior and other mechanical behaviors of bone. Different material models such as JohnsonCook, vonMises, DruckerPrager, and Hill models have been presented to consider the anisotropy, pressure dependency, strain rate, and temperature dependency of cortical bovine bones similar to human bone in tension and compression.In the present study, using the Arbitrary EulerianLagrangian (ALE) finite element method in Abaqus software with appropriate contact conditions, the material flow and the results of bone pileup was well predicted with an error of less than 1%. Also, suitable parameters of the extended DruckerPrager model for predicting postyielding bovine cortical bone behavior were presented such that the forcedisplacement curve of test, showed less than 5% deviation from the experimental results. The friction angle 46°, and zerodegree dilation angle along with the frictional contact conditions between the tool and the bone with a coefficient of 0.3 provided the best parameters to predict postyielding behavior. It was also shown that changing the angle of dilation from zero to 10 degrees can increase the maximum force applied to the bone up to 40%.