Tensile material properties of human rib cortical bone under quasi-static and dynamic failure loading and influence of the bone microstucture on failure characteristics

Abstract

Finite element models of the thorax are being developed to assist engineers and vehicle safety researchers with the design and validation of countermeasures such as advanced restrain systems. Computational models have become more refined with increasing geometrical complexity as element size decreases. These finite element models can now capture small geometrical features with an attempt to predict fracture. However, the bone material properties currently available, and in particular the rate sensitivity, have been mainly determined from compression tests or tests on long bones. There is a need for a new set of material properties for the human rib cortical bone. With this objective, a new clamping technique was developed

Penetration of Energized Metal Fragments to Porcine Thoracic Tissues

“…This is likely due to the small size of the FSPs making the material properties more relevant than the global structural effects in the response of the tissue. This finding also agrees with existing literature, which suggests that the rib bones behave differently when the overall geometry such as the curvature of the rib or the position of the rib in the rib cage is involved in the interaction, but similarly when testing smaller rib sections as was the case in this study [41][42][43][44][45][46].…”

Measuring the global mechanical properties of the human thorax: Costo-vertebral articulation

“…Assuming a hollow elliptical cross section (Mohr et al, 2007) with a young's modulus of 13.9 GPa (Kemper et al, 2005;Subit et al, 2011), the deflection of the rib at pure bending at a moment of 0.1 Nm is 0.53 mm. The mean measured displacement at 0.1 Nm is about 18 mm.…”

Modelo estocástico de hueso cortical de costilla humana para la predicción de fracturas mediante emisión acústica

“…𝜎 En los ensayos de tracción, la determinación de las propiedades mecánicas suele ser más sencilla, dado que se parte de probetas tipo alterio, también conocidas como coupons, fabricadas de hueso cortical con sección constante y por tanto, donde la influencia geométrica de la costilla no se ve reflejada. 67,68,131,141 Sin embargo, la fabricación de las muestras es una tarea más compleja, dadas sus pequeñas dimensiones (aproximadamente 20 mm de largo y 10 mm de ancho) y la curvatura propia de la costilla, que dificulta la obtención de especímenes de sección constante. Además, debido a las pequeñas deformaciones del hueso cortical, la determinación de la deformación tiene una dificultad añadida ya que las pequeñas dimensiones de los coupons complican el cálculo de las deformaciones de forma precisa.…”

“…Los resultados de los estudios previos muestran el interés en conocer la influencia de las variables antropométricas en las características de la fractura y la geometría de la costilla humana, que afecta directamente en el fallo de la misma. 7,27,67,69,129,131 Además, existía una amplia variedad de modelos, pero solo algunos de ellos trataban en detalle tanto la consistencia termodinámica, como la generación de entropía y su relación con el avance de la microfisuración. 97,120 Así mismo, estos modelos usualmente no mostraron la eficiencia aplicada a datos experimentales y de distintas solicitaciones.…”