Análisis de fractura de costilla humana mediante datos de emisión acústica

Abstract

En aquest projecte final de grau s'estudia i analitza el trencament de la costella humana a partir de la implementació de la tècnica d'emissió acústica; un assaig no destructiu que detecta l'energia elàstica alliberada en forma d'ones elàstiques davant els canvis irreversibles en el material, com la propagació de fissures. Aquests assajos van ser realitzats prèviament i en aquest estudi s'ha realitzat una anàlisi en profunditat. Tot i que el comportament elàstic en os és un fenomen que ja està definit de manera teòrica i clara mitjançant una equació fonamental que relaciona tensió i deformació, la fallada o trencament, és molt menys previsible, especialment tractant-se de material biològic. L'aparició i propagació de fissures en teixit dur, són conseqüència d'uns factors microestructurals heterogenis i no controlables amb uns efectes molt impredictibles. En aquest estudi s'ha analitzat la fissuració a partir dels senyals detectats mitjançant la tècnica d'emissió acústica en un assaig de flexió. Per a això, es van analitzar estadísticament les energies mesurades per a intentar tractar la fissuració com un procés més o menys teòric semblant al comportament elàstic del teixit dur. A més, es va aplicar un model estocàstic per a l'estudi de les tensions ja que, els processos estocàstics són controlats per lleis probabilistes que permeten assumir l'aleatorietat de la distribució dels components de la microestructura.

En este proyecto final de grado se estudia y analiza la rotura de la costilla humana a partir de la implementación de la técnica de emisión acústica; un ensayo no destructivo que detecta la energía elástica liberada en forma de ondas elásticas ante los cambios irreversibles en el material, como la propagación de fisuras. Estos ensayos fueron realizados previamente y en este estudio se ha realizado un análisis en profundidad. A pesar de que el comportamiento elástico en hueso es un fenómeno que ya está definido de forma teórica y clara mediante una ecuación fundamental que relaciona tensión y deformación, el fallo o rotura, es mucho menos previsible, especialmente tratándose de material biológico. La aparición y propagación de fisuras en tejido duro, son consecuencia de unos factores microestructurales heterogéneos y no controlables cuyos efectos son muy impredecibles. En este estudio se ha analizado la fisuración a partir de las señales detectadas mediante la técnica de emisión acústica en un ensayo de flexión. Para ello, se analizaron estadísticamente las energías medidas para intentar tratar la fisuración como un proceso más o menos teórico parecido al comportamiento elástico del tejido duro. Además, se aplicó un modelo estocástico para el estudio de las tensiones ya que, los procesos estocásticos son controlados por leyes probabilistas que permiten asumir la aleatoriedad de la distribución de los componentes de la microestructura.

This final degree project studies and analyses the breakage of the human rib by implementing the acoustic emission technique; a non-destructive test that detects the elastic energy released in the form of elastic waves in the face of irreversible changes in the material, such as the propagation of cracks. These tests have been performed previously and an in-depth analysis has been carried out in this study. Although the elastic behaviour in bone is a phenomenon that is already theoretically and clearly defined by a fundamental equation relating stress and strain, failure or breakage is much less predictable, especially in the case of biological material. The appearance and propagation of cracks in hard tissue are the consequence of heterogeneous and uncontrollable microstructural factors whose effects are highly unpredictable. In this study, cracking was analysed on the basis of the signals detected by the acoustic emission technique in a bending test. For this purpose, the measured energies were statistically analysed in an attempt to treat cracking as a more or less theoretical process similar to the elastic behaviour of hard tissue. In addition, a stochastic model was applied to study the stresses because stochastic processes are controlled by probabilistic laws that allow the randomness of the distribution of the components of the microstructure to be assumed.