Estudio de convergencia por análisis de elementos finitos en tejido óseo cortical

Resumen

En las recientes décadas se publican investigaciones sobre simulaciones óseas en las que se utiliza el método de los elementos finitos para estimar las propiedades mecánicas o el comportamiento del tejido ante determinadas cargas. En todas estas investigaciones es esencial conocer con la mayor exactitud posible el comportamiento mecánico de este material biológico. En esta investigación se analizó la convergencia de los resultados numéricos obtenidos de las simulaciones de estructuras óseas digitales mediante el método de los elementos finitos, con el fin de proporcionar una metodología eficiente. Se construyeron probetas de tejido cortical bovino, a las cuales se les practicaron tomografías computarizadas para la generación de la geometría y la asignación de propiedades mecánicas. Se desarrollaron simulaciones variando el tamaño de la malla con el fin de describir la convergencia por esfuerzo, carga y energía de deformación versus número de elementos. La convergencia de las simulaciones a tracción se comporta independiente de las propiedades asignadas como material isotrópico u ortotrópico. Las simulaciones a compresión de estructuras completas con canal medular y el uso de elementos hexaédricos en muestras cúbicas, redujo significativamente el número de elementos necesarios para lograr la convergencia en comparación con el empleo de estructuras completas sin canal medular y el empleo de elementos tetraédricos en muestras cúbicas, respectivamente. La convergencia de los diferentes modelos óseos es más lenta por esfuerzo y energía de deformación versus número de elementos. Se sugiere una metodología eficiente para la simulación de estructuras óseas computacionales mediante el método de los elementos finitos para la obtención de resultados confiables.