Kontinuumsmechanische Modellierung von Gelenkknorpel unter physio-dynamischer Kontaktbeanspruchung

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Die hohen dynamischen Kontaktbelastungen, denen die dünnen hyalinen Knorpelschichten in synovialen Gelenken ausgesetzt sind, können trotz des durch die Gelenkflüssigkeit gebildeten hydrodynamischen Schmierfilms degenerative Veränderungen in dem avaskulären Knorpelgewebe hervorrufen. In diesem Zusammenhang ergibt sich das herausfordernde Ziel, das genaue Zusammenspiel der artikulierenden Gelenkknorpel und der synovialen Flüssigkeit theoretisch und numerisch zu untersuchen, um so ein genaueres Verständnis für pathologische Situationen entwickeln und die Wirkung von Therapiemaßnahmen besser beurteilen zu können. Das Forschungsvorhaben soll dazu in engster Kooperation mit dem thematisch verwandten Partnerprojekt zu Hüftgelenkkontakt von Prof. Nackenhorst (U Hannover) sowie der medizinisch-radiologischen und biomechanischen Expertise von Prof. Schick (UK Tübingen) sowie Dr. Hurschler und Prof. Windhagen (MH Hannover) erfolgen. Im Vordergrund des vorliegenden Projekts steht hierbei die möglichst realitätsnahe Modellierung der Knorpelgewebsschichten unter Berücksichtigung aller wesentlichen Heterogenitäten und Nichtlinearitäten. Aus Sicht der Antragsteller ist zur genauen Beschreibung des biomechanischen Tragverhaltens von Gelenkknorpel dessen mehrphasiger Aufbau unter Einbeziehung hydraulischer und chemomechanischer Effekte zu berücksichtigen, welcher in Kombination mit der speziellen Kollagenfaserarchitektur zu der ausgeprägten Druckbelastbarkeit des Gewebes führt. Die Entwicklung und Anpassung der hierfür notwendigen Methoden sowohl auf Seiten der theoretischen Modellbildung als auch der numerischen Simulation sind Gegenstand des beantragten Projekts.