Title: Viskoelastizität von Knochen : Auswertung von Experimenten und Mehrskalen-Modellierung
Language: English
Authors: Eberhardsteiner, Lukas 
Qualification level: Diploma
Advisor: Hellmich, Christian
Issue Date: 2010
Number of Pages: 111
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Es scheint Sinn zu machen, den Knochenbestandteil "Kollagen" für das viskoelastische Verhalten von Knochen verantwortlich zu machen.
Allerdings zeigen neuere Forschungen, dass mit dem Kriechen einhergehendes Brechen von "Collagen-Crosslinks" erst dann auftritt, wenn die mit dünnen Wasserlagen umgebenen Hydroxyapatit-Kristalle schon längst in irreversible Gleitprozesse involviert sind. Daher ist es reizvoller, die Kriechdehnungen von Knochen diesen Gleitungsprozessen von Mineralkristallen auf geordneten Wasserlagen im extrafibrillären Raum zuzuordnen. Um dies mathematisch zu erfassen, wird in der vorliegenden Arbeit ein Mehrskalenmodell für Knochen entwickelt. Im Rahmen eines 6-Schritt-Verfahrens werden die Kriecheigenschaften hydrierter Kristalloberflächen durch ein Burgers-Modell erfasst. Dieser Ansatz gibt nicht nur experimentelle Daten zufriedenstellend wieder, er erlaubt auch das Studium des Einflusses verschiedener Mineralgehalte und vaskulärer Porositäten auf das makroskopische Kriechverhalten von Knochenmaterialien.

It seems somehow natural to consider collagen to be responsible for the viscoelastic behavior of bone. According to latest research, however, the corresponding failure of crosslinks between collagen molecules is probable to take place when the hydrated hydroxyapatite crystals are already sliding one upon another, which makes it more appealing to assign creep strains to gliding events of hydroxyapatite needles on intercrystalline water layers in the extrafibrillar space. To be able to mathematically describe this viscoelastic behavior, a multiscale model for bone material is developed. Within a six-step homogenization scheme, the Burgers model was used to characterize the long-term viscoelastic properties of layered water between hydroxyapatite crystal needles. This approach does not only fit experimental results, but it also allows us to study the influence of varying mineral contents and vascular porosities on the overall creep behavior of bone materials.
Keywords: Viskoelastizität; Kriechen; Relaxation; Knochen; Mehrskalen-Modellierung; Hydroxyapatit; Kollagen; Wasser; 3-Punkt-Biegeversuch
viscoelasticity; creep; relaxation; bone; multiscale modeling; hydroxyapatite; collagen; water; three- point bending test
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-41360
http://hdl.handle.net/20.500.12708/14146
Library ID: AC07808034
Organisation: E202 - Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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