Knee ligament failure under dynamic loadings

(1)

HAL Id: hal-00166682

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00166682

Submitted on 26 Nov 2017

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Knee ligament failure under dynamic loadings

Pierre-Jean Arnoux, Claude Cavallero, Patrick Chabrand, Christian Brunet

To cite this version:

Pierre-Jean Arnoux, Claude Cavallero, Patrick Chabrand, Christian Brunet. Knee ligament failure

under dynamic loadings. International Journal of Crashworthiness, Taylor & Francis, 2002, 7 (3),

pp.255-268. �10.1533/cras.2002.0218�. �hal-00166682�

(2)

!"# $ %&' (!) * ' % %+

* ,-.,/%

0 ' ) -, % % 1 * ,-#2"%

3 4 4 1 5 6 6 1 5 1

1 1 1 %! 6 5

1 1 %! 1 5 6 1 1 5

4 7 %( 4 3 1 3 %!

6 6 1 1 1% 4 4 5 1

7 6 " 8 5%! 4 1 6

6 4 1 1 1 %* 1 4

65 6 1 94 16 :6 9 6

1 : 1 6 6 6 1 %! 4

1 6 6 %

; 1 3 15 5 1

1 6 %! 1 4 1 1

6 6 %*

1 1 3 5 9 6 1 1 3 15 :

1 % 1 6

4 1 6 1 66 6 6

1 5 1 1% 5 6

6 3 1<,3/=%* 5 1

5 1 5 4 ,2

^"

>

^3,

%! 1

5 6 4 4

1 1 5 1 %& 5 1

9,2

^#

>

^3,

:6 4 5 6 4 1 4

1 6 5%* 4 4

<?@=%

1 6 6 1 1

1 6 %

3 ! 6 1 64 4

1 1 <, .3,-=%! 5 1

1 1 6 6 1 %

3 4 5 6 1 6 6 6

5 <" -,#3,.=%! 1 6

9 1 66 : 6 1% 1

6 6 1

6 6 1 6 %

3 1 3 1 3 4

9 5:<A/"2=%B

6 1 1 5

66 6 6 %

66 5 1 5 1

4 4 5 6 1 %B 4

(3)

1 9C4 66 D: 1 1

6 6 %+ <",= ' 5 <,/= 4 1 15 66

6 4 66 B <-=

11 6 1 1 9""3-A #23A2 /23.2 5 :%* 3 66 4 1 5 6 4 E 1 * 1<""= + <"-= 1

3 4 6 F 5 <"#= ; <"A= + <"/= ; <"?=

<"2= 3 % <"@= <".= 4 66 6

6 1 %! 1

1 5 1 9 A2G : 1 6 1 5

1 1 1%! 6 6 1 1 66

4 6 <A-"=%& 6 5

1 * 1<--= 7 5 6 1 %

6 5 1 %! 7 4 6

6 5 5 1 5 4 3 1%

! 5 6 1 4 6

<-A= 6 5 7 %+ 1 4

1 4 "2 #2 8 4 1 4 7 1

5 7 %& 7 5 4

5 <-?3-@=4 1 1 6 1 1 1

%& 6 4 4 7 5 6 7 4

6 6 1 %&

6 1 1 1 6 4

4 1 %! 6 6

4 1 66 6 1 %

! 1 6 E

3 5 6 3 1 3

3 5 4 5 5

6 1 4 4 5 1 4

5 1 6 %

3 6 6 1 96

: 1 1 9

7 5:%

! 4% 6 ," 1

@ 1 7 6 6 6

5 6" 8%

!

"# ##

! 9*1%,: 6 H 4 1

6 6 5 6 %) 4 5

4 6 1 5 E

% 5 9) * ?+: %; 94

6 , ;H: 1 %* 5

"23 6 6A% " '%! 4 "

1 66 9 5: 6 4 6 % 6 9% %

: H %&

6 1 1 4

6 5 % 7 1 1 - 1 6

6 9 1 6 5 H :%( 1 5 4

(4)

6 4 9 : 4 4 9*1%" -:%

4 1 C75 D 6 1

6 191%-% -%:% 4 4 F .2/?

# 3 6 6 4 6 9 5: H

4 A ' ,2 ' 5%+ 4 4 6

% 4 4 "221 H 3 9(I(: 1

5 % % 6 1 5 4 4 4 1

96%61 , ":% 4 4 ,2 ;H 16 5

6 A% @ %

*1 ,E!

*1 "E! 1 5

* 1 5

H 5

)

5

(5)

*1 -% E 1 6 1 *1 -% E 1 6 1

# # #

F 1 6 # 9 @@35 3 -4 1 A@ @, @.5 :

4 %! 9 6 5 * 5 6 :4

4 B <-#= 6 6 J-G

1% 1 4 4 6 - 3 5

1 5%! 4 7 4

4 1 6 6

66 6 1 % 6 1 3 1 3

4 6 4 ; 66 6 1

6 6 6 %! 6 3 1 3

4 96%61 #:%! 1 4

6 4 1 6 4 %! 1 4 1

4 4 4 6 5 96%61 #:%!

6 1 1 6 4 6 4 6

6 1%& 4 4 5 ' 5 I <,/= 1 4

%! 4 6 4

6 1 6 %! 1 6 1

4 6 5 1 1 %(

4 6 1 -2

%! 6 4 3 5 9*,3( 3( :

4 66 1 6 6 5 1

1 % 5 4 64

4 5 94 4

1 :% 6 1 4 1

B 1%

$

%

*1 # E 1 6 1 4 4 6 %

(6)

"# #

3 1 3 4 1 5

6 1 % 6 4 A' -2' 4

6 4 5 4 % 4 6

6 6 % 5 ,% .A 8 4 6 1

1 6 %! 5 4

3 94 1 1 4 "A -. 8: 6

5 <-A=4 4 1 5 6 1 4 5

" 8% 1 4 , 4 +

4 6 5 6 6

96%61 A:%! 1 4 ,"2 1%' 1 6

1 4 5% 4

9"-G :%& 1 66 5 B 4 1 5

1 4 %! 4 4 6 4 1

9,222 :%! 4 1 6 5 ,222;H6 %

*1 AE 6 6 6 1

* 6 9 5: 4 1 1 H

6 1 6 1 1 %& 6

9*1%/% /% .% .%: H 6 4

6 9% % 3 1 6 :%

$ & ' ( # ' % (

4 4 5 * 1<--= K <,,= 6 3 9*1%/% L /%:

E

3 & 6 3 6 5 4 1

5 1 1 6 %* 6 4 6

1 6 4 6 4 4 %! 6

4 15 6 %B 5 1

' (

# ' (

'(

) $ ' (

(7)

6 1 "2' 6 6 4 1

5 %) 3 4 4 A "2'

3 4 5 1 4 4

1<"2# --=%& 6 1 1 5

6 6 %! 4 5%!

3 6 1 4 4 3 9 1," *1 /%: 4 %

6 1 1 1 5

1 6 6

%B 1 3 6 4 5 6 66 <-23-,=%

B 6 6 3

%

3 ! 4 6 5 %! 66 M 1 6 4

%! 66 6 1 4 A2 ,#A'8 6

1 4 /2 ,@2'8 6 1 % 1

1 5 1 M 1

4 4 "A ",2 4 ,, A, 6

1 5%! 1 4 6 <-,/,?-/

-.#2= 4 1 5 %! 4

1 6 3 66 %; 1 M 1

4 6 4 5% 1

6 4 9 1 : 66

3 66 5 1 6 %! 1 6 7 1 5

6 4 5 66 66 %* 5

66 6 5

66 B 3 6 %

3 ! 6 4 1 6 1 1 6 %!4 4 %!

6 6 4 6 6 9*1% /%

/%:%( 1 1 5 4 6 4 66 1

1 4 1 4 3 6 %! 6

6 66 6 6 4 5 4 ,@

"#> 9 1 6 6 1 :%

1 66 %! 6 4 6 4

66 %! 66 4 6

6 91%?% ?% ?% ?%:%! 91%/% /%:

4 4 6 6 4 6 %& 1 6 <#,=

6 3 4 1 4

1 6 %! 6 4 6 4 1

4 1 4 1 66 4

6 6 9*1%@:%! 6 4 1 4 6

9 1 1 :<#"=%

(8)

0 2 4 6 8 10 12 0

100 200 300 400 500 600

Time (ms)

Force (N)

Lig12 Lig19 Lig22 Lig27 Lig32 Lig36 Lig40

*1 /%E6 6 1

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 100 200 300 400 500 600

Time (ms)

Force (N)

Lig18 Lig23 Lig26 Lig31 Lig35

*1 /%E6 6 1

(9)

*1 ?% E 6 6 % 4 6

4 6 16

*1 ?% E 6 6 4

6 4 6 16

*1 ?% E 6 6 % 4 6

4 6 16

*1 ?% E 6 6 % 4 6

4 6 16

*1 @E)4 1 6 6

$ & ' ( ' $ (

6 1 6 3 6 1

E 1 3 1 9*1%

.% .%:%

*

(10)

0 2 4 6 8 10 12 14 0

50 100 150 200 250 300 350 400

Time (ms)

Force (N)

Lig16 Lig20 Lig24 Lig33 Lig37

*1 .%E6 6 1

0 2 4 6 8 10 12 14

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Time (ms)

Force (N)

Lig17 Lig21 Lig34

*1 .%E6 6 1

3 + 6 1 1 4 5 6

6 4 . "@' 9*1%.% .%:%

3 ! 66 4 4 -- A-'8 6 4 "@ ?@6

* 4 4 6 1 %! 1 M 1

9 1 5:4 1 6 ," A,

,. -" 6 * 5%

3 ) 1 6 5 6 1 5

6 3 % 4 1 4 5 %

+ 1 6 6 6 "A -@>%!

6 6 @2> 6

9*1%,2% ,2%:%

6 1 4 5 6 9 5 & :4

4 6 6 1 9 & & & :%!

(11)

6 1 6

1 % 1 1 3 3 5 5 1

1 1 5 6 1 %& 1 3

6 4 5 4 4 1 1

%B 1 1 4 4 1 1 66 %

*1 ,2% E 6 6 % 4 6

6 6 4 1

*1 ,2% E! 6 6 % 4 6

6 6 4 1

N 4 4 5 1 3 1 3 6

1 % 1 6 6

1 5 6

4 7 1 6 6 %

"# ##

1 4 1 5 1 1

5 6 1 5 4 66 1 %B

; 66 6 7 4 5 6

6 6 1 %! 6

1 6 1 6 1 5 4

4 -+ 5 9C6 D:%B

5 5 66 6 H 6 %B ' 5 L

I 1 5 6 " % <#-,.=

5 6 1 % 5 5 66 4

6 4 6 5 -@G %

' C D 1% 1 66

1 6 %! 1 4

1 5 6 5 4 66

4 1 94 7 : 6 1 6

1 % 4 5 1 5 5

5 6 16 %N 1

9 5 O : %) 1 5 3

4 5 1 1 66 6 1 9

1 6 :% 6 4 9"2

:4 6 5 6 9 1

4 4 :%! 6 4 6 1 6

,2 4 66 5 % 4 -+ 6

4 5 6 6 1 1% 5 1

4 6 6 %! 2'

(12)

1 1 6 6 6 6 94

4 6 :%! 4 "> 6 6 %

"#

1 4 5 1 6 1 4 5

% 4

5 6 %* 4 6

%B 6 6 3

6 1 6 6

%) 1 6 4 66 4

6 4 6 3 %!

6 6 4 6 %

B 3 14 4 6 6 1 1

6 1%! 66 3 1 66 6 %! 6 5

1 66 1 3 1 3 66 %

! 5 6 0 M 1 1 5 5 6 1

%& 6 9,+: 66 6 %!

66 4 4 4 4 5

<-# ,.=%! 66 1 5

1 1 6 5 9-8 # 4 4 :

1 5 5 6 1 %

! 6 5 6 1 %B 6 6 4

1 9 4 ,?2 A22' 6 1 4 ,A2 -22' 6

1 : 1 6 9 1 6

:4 4 ,@ "#> 6 1 4 "A -@> 6

1 %! 1 6 6 6 %

6 1 6 1 1

5 6 1 %*

5 1 6 6 6 6

1 6 %

( 5 1 6 5 1 66 5 1 6 6

5 6 3 1 6 9 6

1 :%! 6 4 4 6 5 6 1

6 6 6 3 1 5 5

1 %! 1 6 6 5 6

1 5% 16 6

66 4 5 1 5%! 6

6 & & &6 %*

6 1 6 4 &6 %B 5

1 1 5 6 65 %

4 6 4 5 6 4

66 4 4 66 66 6 4 %'

4 4 7 5 66 %! 5

6 4 1 6 4 4

6 %! 6 5 4 66 5%

4 5 6 7 4 5 1

94 6 :%

(13)

B 4 6 "2 1 4 6 6

5 6 5 6 5 1 1 6

1 %! 6 1 1

5 4 4 6 %* 1

4 6 6

1 %

4 6 6 4 1

%! 4 4 5 1 6 1 6 4

6 1 1 1%!4 5 1 4 7

1 6 6 4 5 6" 8%! 1

4 6 1 1 % 6 6 6

6 1 %* 1 6 4 5

4 3 %! 6 5 6 3

6 6 4 6 6 1 4

16 %* 1 6 4

3 4 6 3 1 6 %

& 6 16 5 4 5

1 1 4 5 6 6 1

6 1 6 6 6 6 %K 94

4 1 : 6 1 4 %!

4 6 4 1 6 1 6 6 16 %

5 1 9 6 1 1 6

1 6 6 8 % % % : 5 1 5 6

1 %! 6 5 1 1 1

1 4%! 4 1

5 6 % * 5 4 5 6

4 1 6 6 1 1 1 %

$

<,= B )% 6 1 %,.$ %

"@A3-./ ,.@"%

<"= B )% M 1 (% F4 % * 1

( 5 +%+ 5 %,,A3,-# ,..2%

<-= B )%; % N% 5 %! )%! 6 6 1 3

66 6 1 ! %".

' %- %",?3""A ,..,%

<#= 1 !%% % ! 66 6 6 3 1 3

66 % 6 %"@ G/ %?#A3?A" ,..A%

<A= 1 !%% % 6 6 1 E

% " %". G" %,A,3,/2 ,../%

</= +% ' 5 *% I (%)% 6 6 1 % # $

% ! " ) E& ,.."$

<?= ;% 66)% 6 6 1 " %-" %,@-3,@@ ,...%

<@= ; % H3 1 % K 5 % 5 6

1 " % %,,. %-."3-.. ,..?%

<.= ( +%;%! 6 1 % & !

%. %, ,./?

(14)

<,2= %+% % 6 %" ' * 1 % ,.?"

<,,= K %( 6 1 6 " (! (% ( %-,%,./?

<,"= K %( % 1 6 1 6 %)

% * $ + %,"? %,A#3,/# ,./@

<,-= K %* 6 1 % ' * , '

/ ' 4 M ,.?-%

<,#= * % P1 %) %K % 1 5 6 6 1 3 , E!

% " %" ,-3"2 ,./.%

<,A= ' 5 *% + % ! % 6 1 6 % 5 6 3

5 66 % " K %A/3 %"-/3"A-

,.?#%

<,/= ' 5 *% %I (%)%! 1 6 1 5 %

%,2?#3,2@, ,.?/%

<,?= ! % B % B 6 % 1 1 1 6 7 %,

- ( %,,? %"/- ,.?/%

<,@= ! +% 1 5 1 % " . !/ 0 %

? G" %?A3?. ,.@-%

<,.= % ! 6 4 6 1 %

" "? G, %,-3"# ,..#%

<"2= +% K 6) 6 ! E 1 %& (12

( * ,..?

<",= + %F % (% % 1 % 1

6 6 1 1%& % % ,@2 %".-3-,A ,.?"%

<""= * 1M% % 15 6 6 %" %,2 %,-.3,AA ,.?-

<"-= + % ) % ! 5 I% + I% 1 6

1 % " % %,2" ,.23,.- ,.@2%

<"#= F 5 %; 4 %B + 5 F%! 6 1 % "

%A@3 %#"-3#-/ ,.?/$

<"A= ; % % 1 3 6 6 6 6 3 %

" % %,2A "./3"..$,.@-%

<"/= + % B )% %M% ! 6 5 1

1 6 % - ,, %A@3/? ,..-%

<"?= ; % I (% F +% 1 % +% 5 3 4 +% & 6

1 E 14 1 1 % " %"?

9A: %A,?3A"/ ,..#%

<"@= %K 5 K%+ B % (% 5 5 6

6 3 1 6 6 1 % " %"" ' %,,8," %,"2-3

,"2@ ,.@.%

<".= !%! %) '%* %) %! 66 6 6

1 % " % K ,," %,#? 5 ,..2%

<-2= +%) '%* % % 5 %B 6

1 % " %"A9@: %@-,3@-? ,.."%

<-,= ) '%N 7 )%( 1 6 1 6 6 6 6

5% " K %". ' . ,,-,3,,-/ ,../%

(15)

<-"= B )% 1 6 1 !% %,,A %#/@3#?- ,..-%

<--= * 1M% %" ! ' %) ) 1 ,..-%

<-#= B I%! 3 . "^Q % ,.?#%

<-A= +% %(66 6 1 L 7 L

5 %". 1 6 6 ,.@A%

<-/= F 7H % % % 7 %I )% 6 7 E(66

6 1 % %& N & %,2A3,,/ ,..-

<-?= F 7H % % % 7 %I )% 6 7 E(66

6 1 % %& N M %".-3-2# ,..2

<-@= I% H % I H % ! 1 6 1 6 1 %&

6 1 & % " 5 6

I 5 %"# ,.@?

<-.= B I% ; 1 *%B % ! % 1 % ; 6 I%N% & 6

1 & (% " 5 6 I 5 %"A ,.@?%

<#2= % % % % ) )%'%) 1 % % ! 1 6

1 9 :% - %,? %,"# ,.."%

<#,= F%* 6 % & #, , ",A3""- ,.?2%

<#"= F 7H %) I%& 4 ;% M% %) 1 1 66 7 1

1% && G.?--"/ %,A,3,/A ,..?%

<#-= ; % F % 1 % B 1;% % ) I% K %I% 5 1

6 7 1 5% " %,@ '%@ %AA.3A?2 ,.@A%