Análisis computacional del comportamiento mecánico de cartílago articular basado en un modelo viscoelástico

Abstract

El Cartílago articular es un tejido biológico, sorprendente como todos ellos, que posee un comportamiento característico dado por sus propiedades físicas y mecánicas. Alrededor del mundo se han propuestos múltiples modelos para describir dicho comportamiento complejo. En el presente trabajo se realiza una simulación del cartílago articular (subdominio) bajo un modelo bifásico poro-elástico lineal, donde se considera al cartílago compuesto por dos fases intrínsecamente incompresibles e inmiscibles entre sí, una líquida y una sólida, y donde el comportamiento viscoelástico global se presenta por la interacción entre dichas fases. El Modelo se implementa computacionalmente por medio del Método de los Elementos Finitos. El modelo reológico escogido tiene en cuenta consideraciones adoptadas por diferentes autores, necesarias para la aproximación de características especificas del cartílago. La validación de los resultados obtenidos de la simulación bajo este modelo se realiza comparando con los resultados experimentales de ensayos predeterminados, como lo es la compresión confinada, que se encuentran reportados por autores en la literatura. El modelo se pone a disposición para trabajos futuros en la simulación del comportamiento del cartílago de la articulaciones específicas, para así determinar patrones de esfuerzo y deformación como etapa fundamental en el entendimiento de los fenómenos degenerativos que se presentan de la dinámica articular. Se dejan como reflexión posibles ideas para el trabajo futuro. / Abstract. The Articular Cartilage is a biological tissue, surprising as all, that has a characteristic behavior given by its physical and mechanical properties. Around of the world it have proposed multiple models to describe this complex behavior. In the present work the pore-elastic linear accomplishes a simulation of the articular cartilage (subdomain) under a two-phase model itself, where the cartilage fixed by two intrinsically incompressible phases is considered and immiscible among themselves, one liquid and one solid, and wherein the overall viscoelastic behavior is obtained by interaction of said phases. The model is implemented computationally by means of the Method of the Finite Elements. The rheological chosen model takes into account considerations assumed by different authors, necessary for the approximation of specific characteristics of the cartilage. The validation of the results obtained of the simulation under this model comes true comparing with the experimental results of predetermined essays, as the confined compression, that they find themselves yielded by authors in literature is it. The model is made available for future work in the simulation of the cartilage in specific joints, for in this way determining patterns of stress and deformation like fundamental stage in the understanding of the degenerative phenomena that are presented of the articular dynamics. We leave it as reection possible ideas for future work.