Regularized model for localized compressive failure of trabecular bone
Project goals
Efficient prevention and treatment of osteoporotic and other bone fractures require an improved understanding of the mechanical behavior of bones under severe solicitations. Realistic material models and simulations tools are needed to achieve this goal.Currently available constitutive models are based on the classical (local) continuum approach, and therefore cannot describe strain localization due to material softening in an objective way. The proposed project will develop a regularized formulation ofa suitable damage-plastic model for trabecular bone, which will incorporate the information on the internal material length related to the characteristic size of the inter-trabecular pores. The regularization technique will exploit the concept of nonlocal continuum, either in the integral form dealing with weighted spatial averages of internal variables, or in the differential form dealing with their gradients. The most appropriate formulation will be selected based on comparison of the numerical
Keywords
bone mechanicsdamageplasticitylocalized failurenonlocal models
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 11 (SGA02008GA-ST)
Main participants
—
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
106/08/1508
Alternative language
Project name in Czech
Regularizovaný model pro lokalizované tlakové porušení spongiózní kosti
Annotation in Czech
Účinná prevence a terapie osteoporotických i jiných fraktur kostí vyžaduje dokonalejší pochopení mechanického chování kostí při silném namáhání. K tomu jsou zapotřebí realistické materiálové modely a simulační nástroje. V současnosti používané konstitutivní modely jsou založeny na představě klasického (lokálního) kontinua, a proto nemohou popsat lokalizaci deformace v důsledku změkčování materiálu objektivním způsobem. V navrhovaném projektu bude vyvinuta regularizovaná formulace vhodného modelu pro spongiózní kost, založeného na kombinaci teorie plasticity a mechaniky poškození. Regularizovaný popis bude obsahovat informaci o vnitřní délce materiálu, která odpovídá charakteristické velikosti intertrabekulárních pórů. Regularizační technika využije koncept nelokálního kontinua, a to buď v integrální podobě pracující s váženými průměry vnitřních proměnných, nebo v diferenciální podobě pracující s jejich gradienty. Nejvhodnější formulace bude vybrána na základě porovnání numerických
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
CEP classification - main branch
JJ - Other materials
CEP - secondary branch
JI - Composite materials
CEP - another secondary branch
—
20502 - Paper and wood
20503 - Textiles; including synthetic dyes, colours, fibres (nanoscale materials to be 2.10; biomaterials to be 2.9)
20505 - Composites (including laminates, reinforced plastics, cermets, combined natural and synthetic fibre fabrics; filled composites)
21001 - Nano-materials (production and properties)
21002 - Nano-processes (applications on nano-scale); (biomaterials to be 2.9)
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
In this project, an advanced model for the mechanical behavior of trabecular bone has been developed, with special attention to compressive loading. The model is based on a combination of elastoplasticity with damage mechanics, taking into account the anisotropic structure of the material. It captures the development of permanent strains as well as stiffness and strength reduction due to damage.E
Solution timeline
Realization period - beginning
Apr 1, 2008
Realization period - end
Dec 31, 2010
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Apr 16, 2010
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP11-GA0-GA-U/03:3
Data delivery date
Feb 9, 2015
Finance
Total approved costs
4,836 thou. CZK
Public financial support
4,836 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
4 836 CZK thou.
Public support
4 836 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
JJ - Other materials
Solution period
01. 04. 2008 - 31. 12. 2010