Contribution to the experimental and numerical study of rhe anisotropic hyperelastic behavior of the human skin
Contribution à l'étude expérimentale et numérique du comportement hyperélastique et anisotrope de la peau humaine
Résumé
From a mechanical point of view, the human skin is a complex multilayerstructure with viscoelastic, non-linear and anisotropic properties and a pre-stressstate. The work presented in this thesis combines experimentation, modeling andnumerical identification and distinguishes especially by the use of an extensometerdevice developed in the laboratory and suitable for non-invasive in vivo measurements.Ex vivo tests were however also performed for comparison and validation.Particular attention was paid to the initial skin tension. in vivo tests allowed theobtaining of load – displacement responses for different angular configurations, intensitiesand body locations. ex vivo tests in turn allowed the estimation of the stateof initial stress by measuring the forces necessary for the re-tension of the explants.These different experimental tests were modeled using two constitutive laws : thefirst order Ogden law allowing the description of an isotropic hyperelastic behavior,and the Holzapfel-Gasser-Ogden’ law (HGO) allowing the description of an anisotropichyperelastic behavior. The latter was implemented in the user interface ofANSYS software. The characteristics parameters of the skin areas tested were identifiedby the reverse method. The influence of the compressibility of the skin on itsmechanical behavior is highlighted. Finally, the work of this thesis were applied toan advancement flap of V-Y type.
D’un point de vue mécanique, la peau est une structure multicouche complexeayant des propriétés viscoélastique, non-linéaire, quasi-incompressible, anisotrope eten état de précontrainte. Le travail présenté dans cette thèse associe expérimentation,modélisation et identification numérique et se distingue en particulier parl’utilisation d’un dispositif d’extensométrie développé au laboratoire et adapté à desmesures in vivo non invasives. Des tests ex vivo ont cependant été réalisés égalementà titre de comparaison et de validation. Une attention particulière a été portée à latension cutanée initiale (ou naturelle). Les essais in vivo ont permis d’obtenir desréponses force – déplacement sous différentes configurations angulaires, d’intensitéet pour diverses localisations corporelles. Les essais ex vivo ont quant à eux permisd’estimer l’état de contrainte initiale par la mesure des forces nécessaires à la remiseen tension d’explants. Ces différents essais expérimentaux ont été modélisés en utilisantdeux lois de comportement : la loi d’Ogden du premier ordre permettant dedécrire un comportement hyperélastique isotrope et la loi d’Holzapfel-Gasser-Ogden(HGO) décrivant un comportement hyper élastique anisotrope. Cette dernière a étéimplémentée sous l’interface utilisateur du logiciel ANSYS. Les paramètres caractéristiquesdes zones cutanées testées ont été identifiés par méthode inverse. L’influencede la compressibilité de la peau sur son comportement mécanique est mise en évidence.Au final, les travaux de cette thèse ont été appliqués au lambeau d’avancementde type V-Y qui est une technique de suture pratiquée pour combler les pertes desubstance.229
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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