Finite-Element simulations of Ribs subjected to dynamic three point bending loads
Comportement des os soumis à flexion trois points en dynamique rapide: simulations numérique par éléments finis
Abstract
Rib fractures due to a blunt impact to the chest pose a huge risk today. In order to mitigate these effects, it is necessary to understand the mechanical behavior of ribs under similar mechanical environments. We propose a Finite Element with elasticviscoplastic constitutive coupled to an external damage law. The three-dimensional rib geometry was generated from the contours of DICOM images of High-Resolution peripheral Quantitative Computed Tomography (HR-pQCT) scans. Apparent dry density was correlated to grey scale intensities through a linear relationship. The mechanical properties for bone constituents based on apparent density, gave the best results. The FE results were validated by experimental data obtained from Split Hopkinson Pressure bar tests. The proposed FE model was able to predict satisfactory force-displacement response and fracture pattern.
Nous proposons un modèle éléments-finis avec comportement élastique viscoplastique couplé à une loi d'endommagement incrémentale, dépendante de l'état de contrainte. La géométrie tridimensionnelle de la côte a été reconstruite à partir des contours des images DICOM obtenu par la tomographie quantitative (HR-pQCT). La masse volumique apparente est corrélée aux intensités de niveaux de gris par une relation linéaire. Les résultats des simulations ont été validés par les données expérimentales obtenues lors d'essais de flexion avec le système des barres de Hopkinson. Le modèle de EF proposé permet de prédire de manière satisfaisante l'occurrence de la fracture et sa propagation.
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Finite_Element_simulations_of_ribs_subjected_to_dynamic_loads.pdf (869.36 Ko)
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