Proximal humerus impacted fractures are of clinical concern in the elderly population. Prediction of such fractures by CT-based finite element methods encounters several major obstacles such as heterogeneous mechanical properties and fracture due to compressive strains. We herein propose to investigate a variation of the phase field method (PFM) embedded into the finite cell method (FCM) to simulate impacted humeral fractures in fresh frozen human humeri. The force-strain response, failure loads and the fracture path are compared to experimental observations for validation purposes. The PFM (by means of the regularization parameter $l_0$) is first calibrated by one experiment and thereafter used for the prediction of the mechanical response of two other human fresh frozen humeri. All humeri are fractured at the surgical neck and strains are monitored by Digital Image Correlation (DIC). Experimental strains in the elastic regime are reproduced with good agreement ($R^2 = 0.726$), similarly to the validated finite element method [9]. The failure pattern and fracture evolution at the surgical neck predicted by the PFM mimic extremely well the experimental observations for all three humeri. The maximum relative error in the computed failure loads is $3.8\%$. To the best of our knowledge this is the first method that can predict well the experimental compressive failure pattern as well as the force-strain relationship in proximal humerus fractures.


翻译:由CT基定质元素方法对这种骨折的预测遇到若干主要障碍,例如各种机械特性和压缩菌株造成的骨折。我们在此建议调查固定细胞方法(FCM)嵌入的阶段外线方法(PFM)的变异,以模拟在新鲜冻人肉中发生的撞击性骨折。将压力压力压力反应、故障负荷和骨折路径与实验性观察进行比较,以验证为目的。PFM(通过规范参数$_0)首先经过一次试验校准,然后用于预测另外两种人类新鲜冻土菌的机械反应。所有 ⁇ 骨都是在外科颈部和菌株部的骨折,由数字图像关系(DIC)监测。弹性系统中的实验性紧张与经验证的定质元素方法相似($2=0.726美元)。PFMmimicrial参数预测的外科颈部的故障和骨折变,由PFMmimicricrime 值第三种极端的实验性结构,作为我们的最佳实验性精度的实验性精度,作为实验性精度的精度的精度的精度。

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