Un enfoque original para generar elementos de volumen representativos periódicos con microestructura heterogénea...

Área de la Ciencia:

• Biomecánica
• Ciencias de los materiales
• Modelado computacional

Sus antecedentes:

• La respuesta mecánica del músculo esquelético está dictada por su compleja estructura jerárquica.
• El modelado de elementos finitos a múltiples escalas es crucial para comprender la mecánica muscular en diferentes escalas.
• Los modelos precisos de múltiples escalas requieren definiciones precisas de la estructura y el comportamiento mecánico en cada escala.

Objetivo del estudio:

• Proponer un enfoque original para generar elementos de volumen representativos periódicos (EVR) para el modelado a escala múltiple del músculo esquelético.
• Integrar en el RVE parámetros obtenidos experimentalmente, incluida la distribución del tipo de fibra y las propiedades mecánicas.
• Desarrollar un modelo capaz de analizar diferentes fenotipos musculares y otros materiales heterogéneos.

Principales métodos:

• Generación de RVE periódicos utilizando imágenes de microscopía óptica del músculo esquelético del ratón.
• La inclusión de distribuciones medidas experimentalmente para la matriz extracelular (ECM), las fibras musculares lentas y rápidas.
• Implementación de variaciones suaves de propiedades mecánicas y capas de transición entre microcomponentes para evitar artefactos numéricos.

Principales resultados:

• Se desarrolló un método original de generación periódica de EVR para el músculo esquelético.
• El RVE incorpora distribuciones probabilísticas de ECM y tipos de fibras musculares, junto con características geométricas.
• Se implementaron transiciones suaves de propiedades mecánicas entre las fibras musculares y el ECM.

Conclusiones:

• El modelo RVE propuesto permite el análisis multiscala y multicomponente de los fenotipos del músculo esquelético.
• Este enfoque puede ampliarse para modelar otros materiales anisotrópicos heterogéneos, como los compuestos reforzados con fibra.
• El modelo mejora la precisión del análisis de elementos finitos en biomecánica y ciencias de los materiales.