Estudio de teorías de falla para la fractura del fémur bajo cargas estáticas

Abstract

El desarrollo de modelos óseos personalizados de elementos finitos (EF) basados en tomografías axiales computarizadas (TAC) permiten determinar el riesgo de falla de huesos con exactitud, sin recurrir a exámenes convencionales invasivos. El uso de un criterio de falla específico para predecir la fractura del fémur no está definido en las investigaciones encontradas en la literatura. Por tanto, en este trabajo es de interés el estudio de varias teorías de falla que mejoren la predicción de fractura de la sección proximal del fémur, basándose en un modelo de EF desarrollado a partir de una TAC. Se establecen las propiedades del modelo, tanto isotrópicas como anisotrópicas y, se estiman los valores de esfuerzo y deformación de los elementos del modelo aplicando las condiciones de borde establecidas. Se decide el criterio de falla en conjunto con la simetría material a usar para realizar la simulación y estimar la carga de ruptura y el lugar de inicio de la falla. Se validan los resultados numéricos con informaciones experimentales de la literatura y se comprueba que las teorías basadas en esfuerzos junto con modelos de material isotrópico presentan valores acordes con la carga necesaria de rotura y coinciden con el lugar de inicio de fractura. Concluyendo así, mediante la implementación y comparación de varios criterios de falla en un modelo de EF personalizado, que la teoría de la energía de distorsión es la que mejor predice la falla del fémur.