کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
7178025 1467065 2015 38 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
On the relationship between the dynamic behavior and nanoscale staggered structure of the bone
ترجمه فارسی عنوان
در رابطه بین رفتار پویا و ساختار ناسازگار ساختاری استخوان
کلمات کلیدی
ساختار متقارن، نانومقیاس، بیومارکرهای، سفر موج،
ترجمه چکیده
استخوان، یک ماده بیولوژیکی باربری معمولی که از مواد پایه عادی مانند پروتئین آلی و معدنی معدنی در یک معماری سلسله مراتبی تشکیل شده است، خواص مکانیکی فوق العاده ای دارد. تا کنون، بیشتر مطالعات قبلی بر خواص مکانیکی آن در بارگذاری استاتیک متمرکز شده است. با این حال، شکست استخوان اغلب تحت بارگذاری پویا رخ می دهد. یک سوال جالب این است: آیا اندازه و پوسته ساختاری استخوانی مرتبط است یا حتی با ویژگی های مورد نیاز عملکرد دینامیکی آن سازگار است؟ در این مقاله، تحلیل عاملی سیستماتیک محدود بر روی پاسخ دینامیکی ساختارهای استخوان نانو در بارگیری دینامیکی انجام شد. یافته شده است که برای یک مقدار معین حجم مواد معدنی و یک منطقه سلول واحد، یک ساختار تقریبا نانو مقیاس در برخی از اندازه و طرح ویژگی خاص وجود دارد که نشان می دهد سریع ترین تضعیف امواج استرس. به طور قابل ملاحظه ای، این ویژگی ها و اندازه های مشخصی در توافق بسیار خوبی با کسانی که در آزمایش استخوان در همان مقیاس دیده می شوند، نشان می دهد که اندازه ساختاری و چیدمان استخوان در مقیاس نانو، تکامل یافته به رفتار پویا آن است. در این مقاله اهمیت تاثیر پویا بر تکامل بیولوژیکی مواد بیولوژیکی باربری اهمیت دارد.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی مکانیک
پیش نمایش مقاله
در رابطه بین رفتار پویا و ساختار ناسازگار ساختاری استخوان
چکیده انگلیسی
Bone, a typical load-bearing biological material, composed of ordinary base materials such as organic protein and inorganic mineral arranged in a hierarchical architecture, exhibits extraordinary mechanical properties. Up to now, most of previous studies focused on its mechanical properties under static loading. However, failure of the bone occurs often under dynamic loading. An interesting question is: Are the structural sizes and layouts of the bone related or even adapted to the functionalities demanded by its dynamic performance? In the present work, systematic finite element analysis was performed on the dynamic response of nanoscale bone structures under dynamic loading. It was found that for a fixed mineral volume fraction and unit cell area, there exists a nanoscale staggered structure at some specific feature size and layout which exhibits the fastest attenuation of stress waves. Remarkably, these specific feature sizes and layouts are in excellent agreement with those experimentally observed in the bone at the same scale, indicating that the structural size and layout of the bone at the nanoscale are evolutionarily adapted to its dynamic behavior. The present work points out the importance of dynamic effect on the biological evolution of load-bearing biological materials.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of the Mechanics and Physics of Solids - Volume 78, May 2015, Pages 17-31
نویسندگان
, , , ,