REVISTA DYNA NEW TECHNOLOGIES

Palabras clave:

Biomecánica, cartílago, viscoelasticidad, elemento finito, rodilla, Biomechanics, cartilage, viscoelasticity, finite element, knee joint.

Tipo de artículo:

ARTICULO DE INVESTIGACION / RESEARCH ARTICLE

Sección:

ARTICULOS DE INVESTIGACION / RESEARCH ARTICLES

RESUMEN:
Los análisis de elemento finito (MEF) de la biomecánica de la articulación de rodilla, requiere modelos de materiales no lineales para cartílago en casos de rodillas con osteoartritis unicompartimental (OAU). En este trabajo se presenta el análisis de elemento finito de dos modelos de material no lineal para describir el comportamiento mecánico de cartílago en casos de rodillas con OAU. Los modelos de material no lineal seleccionados consideran deformaciones finitas y un comportamiento viscoelástico no lineal a través del tiempo. Este trabajo considera el modelo viscoelástico generalizado de Maxwell, así como también, las ecuaciones constitutivas hipoelásticas y un modelo hiperelástico de energía potencial de deformación. El comportamiento de relajación se simula utilizando las funciones Kernel para relajación cortante y volumétrica, las cuales están representadas en términos de series de Prony. Los modelos de material propuestos son validados con datos experimentales de pruebas de indentación en cartílago de rodillas de casos con OAU, los cuales han sido previamente reportados. Para la fuerza de reacción, los modelos de material ajustan bien para carga, relajación y descarga de los modelos viscohipoelásticos (R2 = 0.974) y viscohiperelásticos (R2 = 0.975). El modelo viscohipoelástico versus modelos elástico lineales se comparan en un modelo tridimensional de articulación de rodilla; los resultados de esta comparación mostraron una diferencia máxima de 2.5 entre áreas de contacto, 1.5 entre desplazamientos axiales y 1.6 veces entre esfuerzos de von Mises. Los resultados de este trabajo sugieren que el comportamiento viscoelástico del cartílago en OAU puede ser simulado adecuadamente con un modelo viscohipoelástico o viscohiperelástico. Este comportamiento viscoelástico no lineal modifica no solo la respuesta estructural del cartílago, sino también puede ser útil en el proceso de diseño de prótesis unicompartimentales y para entender la degeneración y desgaste del cartílago que permanece en el otro compartimento en casos de osteoartritis unicompartimental.

Palabras clave: Biomecánica, cartílago, viscoelasticidad, elemento finito, rodilla.