thesis

Comportement des articulations costo-vertébrales lors du chargement frontal quasi-statique de la cage thoraxique

Defense date:

Jan. 1, 2001

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Institution:

Lyon, INSA

Disciplines:

Mechanics

Authors:

Directors:

Abstract EN:

In order to improve a mathematical model intended to simulate the behaviour of a human thorax during a crash, the aim of this study was to experimentally characterize the kinematic behaviour of the coste-vertebral articulations when the entire rib cage is submitted to compressions at the level of the sternum. Experiments of quasi-static compression were carried out on eviscerated thoracic segments. The axis of rotation of the ribs number 3, 5 and 7 has been determined with respect to the thoracic vertebrae to which they are attached and also the load deflection curve under several loadings. The influence of the intercostals muscles has been evaluated. Under these experimental conditions, the coste-vertebral articulation can be considered as a revolute joint whose position and orientation have been determined. The proposed axis is relatively different from the axis usually considered during breathing movements. This joint has been introduced in a finite element model of the thorax in place of the rib embedded in the vertebra. The stiffness values associated to the new type of joint have been identified by comparing the simulation results with the behaviour experimentally measured.

Abstract FR:

Afin d'améliorer le réalisme d'un modèle mathématique destiné à simuler le comportement au choc du thorax humain, l'objectif de ce travail était de caractériser expérimentalement le comportement cinématique des articulations costa-vertébrales lorsque la cage thoracique dans son ensemble est soumise à des compressions au niveau du sternum. Des essais de compression quasi-statique ont été réalisés sur cages thoraciques éviscérées de sujets d'anatomie. L'axe de rotation des côtes 3, 5 et 7 par rapport aux vertèbres thoraciques auxquelles elles sont rattachées a été déterminé ainsi que la courbe effort déflexion globale du thorax sous diverses conditions de chargement. L'influence des muscles intercostaux a notamment été évaluée. Dans les conditions expérimentales testées, la liaison costa-vertébrale peut être assimilée à une rotoïde dont la position et l'orientation ont été précisées. L'axe proposé se distingue nettement de celui habituellement considéré pour les mouvements respiratoires. Cette liaison a été introduite dans un modèle du thorax par éléments finis en remplacement d'un encastrement de la côte dans la vertèbre. Les valeurs de raideur associées à ce nouveau type de liaison ont été identifiées par confrontation de résultats de simulation au comportement mesuré expérimentalement.