توصيفگر ها :
استخوان كورتيكال , ديابت نوع 2 , شكست , ريزترك‌ها , استئون
چكيده فارسي :
فرآيند شكست در استخوان كورتيكال به‌طور قابل توجهي تحت تأثير توزيع و خواص ريزساختار است. بنابراين درك مكانيك شكستگي در استخوان براي پيش‌بيني خطر شكستگي وابسته به سن و بيماري‌هايي نظير ديابت نوع 2 بسيار مهم است. مشخص شده است كه عامل اصلي ديابت نوع 2، تجمع محصولات گليكوزيشن‌هاي پيشرفته است كه منجر به كاهش 5/45 درصد و 6/54 درصد در چقرمگي شكست مي‌شود. در اين پژوهش در ابتدا يك مدل دوبعدي تك استئونه در مقياس ميكرو ايجاد گرديد. سپس در ادامه يك مدل همگن و دو مدل ميكروساختار كه در آن، يك‌بار استخوان كورتيكال به عنوان كامپوزيت سه فاز و بار ديگر به عنوان كامپوزيت چهار فاز در نظر گرفته شده است. براي ايجاد يك توزيع تصادفي از استئون و تخلخل از برنامه پايتون استفاده شده و به عنوان يك فايل ورودي به آباكوس داده شد. با استفاده از مدل‌هاي دوبعدي ايجاد شده در مقياس ميكرو، به بررسي رشد ترك در استخوان كورتيكال فرد سالم پرداخته شد. نتايج نشان داد كه خط سيمان به‌عنوان يك رابط مهم در ميكروساختار استخوان كورتيكال است و وجود آن بر شروع و رشد ترك تأثير به‌سزايي دارد. با توجه به نتايج مي‌توان گفت رابط با استحكام كم منجر به انحراف ترك مي‌شود، در حالي كه رابط‌هاي قوي باعث مي‌شود ترك به خط سيمان نفوذ كرده و از طريق استئون رشد كند. در ادامه، به بررسي نوآوري مسئله يعني استخوان فرد مبتلا به ديابت نوع 2پرداخته شد. نتايج نشان داد كه تجمع محصولات گليكوزيشن‌هاي پيشرفته باعث مي‌شود كه چقرمگي به اندازه 20 درصد كاهش يابد، سرعت رشد ترك افزايش يابد و شكست زودتر انجام شود. هم‌چنين عدم تناسب بين نرخ آزاد سازي انرژي بحراني استئون و بافت‌بينابيني بر مسير و سرعت رشد ترك تأثير مي‌گذارد. از طرفي، زماني كه نرخ آزادسازي انرژي بحراني خط سيمان از استئون و بافت بينابيني كمتر باشد، ترك در خط سيمان منحرف مي‌شود.
چكيده انگليسي :
The process of cortical bone fracture is significantly influenced by the distribution and properties of its microstructure. Therefore, understanding the mechanics of bone fracture is very important for predicting the risk of fracture related to age and diseases such as type diabetes. It has been identified that the main factor in type diabetes is the accumulation of advanced glycation end products, which leads to a decrease of and in bone fracture toughness. In this study, a two-dimensional microscale model of a single osteon was first created. Then, a homogeneous model and two microstructure models were created, where the cortical bone was considered as a three-phase composite in one model and a four-phase composite in the other. To create a random distribution of osteons and porosity, Python programming was used and given as an input file to Abaqus. Using the microscale models created, the growth of cracks in the cortical bone of a healthy individual was investigated. The results showed that the cement line serves as an important interface in the microstructure of cortical bone, and its presence has a significant effect on the initiation and growth of cracks. The results showed that a weak interface leads to crack deflection, while strong interfaces cause cracks to penetrate the cement line and grow slowly through the osteon. In the following, the innovation of the problem, which is the bone of an individual with type diabetes, was investigated. The results showed that the accumulation of advanced glycation end products leads to a reduction in toughness, an increase in crack growth rate, and earlier fracture occurrence. Furthermore, the mismatch between the critical energy release rate of the osteon and interstitial tissue affects the path and rate of crack growth. On the other hand, when the critical energy release rate of the cement line is lower than that of the osteon and interstitial tissue, the crack deflects into the cement line.
