Desarrollo de un modelo de daño basado en la microesfera para tejidos biológicos fibrados

Sáez Viñas, Pablo
Martínez Barca, Miguel Ángel (dir.)

Universidad de Zaragoza, CPS, 2010
Departamento de Ingeniería Mecánica, Área de Mec. de Medios Contínuos y Teor. de Estructuras

Máster Universitario en Mecánica Aplicada

Resumen: Este trabajo fin de máster presenta un modelo de daño micro estructural para tejido vascular usando técnicas multiescala. El trabajo se centra en el comportamiento anisótropo de los tejidos biológicos fibrados y en especial en procesos de ablandamiento o daño. Los tejidos biológicos tienen una composición compleja y muy variable. Algunos de ellos, los denominados tejidos biológicos blandos (vasos sanguíneos, globo ocular, etc.), suelen contener altas concentraciones de colágeno. Esta sustancia se presenta normalmente en forma de fibras, responsables de soportar en gran medida las cargas mecánicas que se producen sobre el tejido. Cuando éstos se deforman lejos de su estado fisiológico se produce el daño del mismo. Con el objeto de estudiar este proceso se ha utilizado una aproximación micro estructural, o más concretamente un modelo basado en la microesfera, para incluir el comportamiento de las fibras. Se ha utilizado un modelo hiperelástico, definiendo una función energía de deformación (FED) en su forma desacoplada. La distribución de las fibras se ha incorporado a través de dos funciones de probabilidad, para tener en cuenta la distribución de las fibrillas alrededor de la orientación preferencial de las mismas. El comportamiento mecánico de cada una de las micro-fibras se ha modelado con dos FEDs diferentes. Además, se ha incorporado un modelo de daño a esta técnica de homogeneización, a través de una formulación termodinámica consistente, que se acopla directamente al modelo hiperelástico de las micro-fibras, para obtener el daño o ablandamiento del tejido. Gracias al modelo micro mecánico, cuando las fibras del material son deformadas, el ablandamiento del material sucede de una manera gradual gracias al daño progresivo de las fibrillas que componen las fibras de colágeno. El puente entre la escala micro y macro, se establece a través de una técnica de homogeneización computacional con una integración numérica a lo largo de la superficie de la esfera de radio unidad. Dicho modelo se ha implementado en un código de elementos finitos a través de una subrutina de usuario de Abaqus. Se han ajustado los parámetros del modelo con ensayos experimentales y se han simulado diferentes casos y geometrías para comprobar el comportamiento del modelo. Por último, se ha simulado un proceso de angioplastia en una geometría real, donde los parámetros del modelo han sido ajustados con ensayos experimentales.

Palabra(s) clave (del autor): Tejidos biológicos ; Daño ; Elementos finitos ; Microesfera

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master