Biomechanical analysis of the ligaments of the hindfoot: constitutive formulation and parameters identification for numerical modelling

Lo studio del comportamento biomeccanico dei legamenti del retro piede ha richiesto un approccio fortemente integrato di tipo computazionale e sperimentale. Al fine di analizzare aspetti tipici della risposta meccanica dei legamenti, come la non linearità per geometria e materiale, la configurazione anisotropa e la dipendenza dal tempo è stato utilizzato un modello visco-iperelastico fibro-rinforzato. La valutazione dei parametri costitutivi ha richiesto lo sviluppo di modelli analitici e numerici capaci di interpretare prove di trazione monoassiale, eseguite su campioni costituiti dal legamento e dalla coppia di ossa congiungenti il legamento stesso. I risultati di modello ed i risultati sperimentali sono stati confrontati attraverso una funzione costo, la cui minimizzazione ha portato alla definizione dei parametri oggetto dello studio. In dettaglio, attraverso l’utilizzo di un modello analitico, è stato possibile definire per ciascun legamento un primo set di parametri. Al fine di interpretare correttamente le reali caratteristiche isto-morfometriche dei tessuti, sono stati sviluppati modelli numerici rappresentativi i campioni sperimentali. Le analisi numeriche sono state eseguite per differenti sets di parametri costitutivi definiti a partire dal set preliminare. La minimizzazione delle discrepanza tra i risultati di modello numerico ed i risultati sperimentali ha condotto alla definizione dei parametri ottimali. Una volta definiti i parametri costitutivi di ciascun legamento, si è andati a studiare il loro comportamento biomeccanico in differenti condizioni fisiologiche: dorsiflessione, plantar-flessione ed inversione del piede. Il lavoro presentato fornisce le basi per la valutazione della funzionalità biomeccanica del retro piede in seguito alla rottura dei legamenti della caviglia.