2004 Fiscal Year Annual Research Report
動的条件下での骨の変形と損傷に関する構成式モデルの定式化
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16560068
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
田中 英一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00111831)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 幸治 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (80335075)
山本 創太 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (80293653)
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| Keywords | 骨 / バイオメカニクス / 構成式モデル / 動的負荷 / 力学特性 / 損傷 |
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| Research Abstract |
本研究では,動的条件下での骨折様式の精度の高い予測を可能とするため,骨の変形・強度特性に関する異方性,圧縮と引張りの非対称性,塑性変形と損傷並びにそれらのひずみ速度依存性のすべてを表現できるモデルを定式化した.骨の弾性特性は弾性係数のひずみ速度依存性を考慮した横等方モデルとして定式化した.粘塑性ひずみ速度部分はTsai-Wu基準型散逸ポテンシャルを仮定して導いた.損傷の影響は弾性特性の低下として考慮した.さらに負荷-除荷試験や繰返し皮下試験結果を再現するために,等方硬化と移動硬化の組合せ硬化則を導入した.
定式化したモデルの特性を検討した結果,異なるひずみ速度における応力-ひずみ関係と破断時期,損傷の累積によって生じる除荷時の剛性の低下,負荷-除荷試験により生じる残留ひずみが表現可能であることがわかった.
モデルの記述精度をさらに向上させる基礎データを得るため,繰返し圧縮負荷試験により,損傷が骨の力学特性に及ぼす影響を定量的に評価した.その結果,負荷過程および除荷過程の初期の弾性係数は各サイクルともほとんど差が無いことがわかった.また,本構成式モデルで導入したCarterとHayesの弾性係数-ひずみ速度関係の,極低ひずみ速度域への適用性を検討した結果,CarterとHayesが示したひずみ速度と弾性係数の依存関係は,10-6程度まで成り立つこと,10-6より遅いひずみ速度領域ではクリープの影響が顕著になりCarterらの関係式のみでは弾性域を表現できないことがわかった.
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