Der Begriff „Knochen“ bezieht sich auf eine Familie von Materialien, die komplexe hierarchisch organisierte Strukturen aufweisen. Diese Strukturen sind in erster Linie an die vielfältigen mechanischen Funktionen angepasst, die Knochen erfüllen. Hier werden die strukturell-mechanischen Beziehungen eines Knochentyps, des lamellaren Knochens, untersucht. Dieser Typ ist bei vielen Säugetieren, einschließlich des Menschen, am häufigsten anzutreffen. Eine lamellare Einheit besteht aus fünf Teilschichten. Jede Unterschicht ist eine Anordnung von ausgerichteten mineralisierten Kollagenfibrillen. Die Ausrichtung dieser Anordnungen unterscheidet sich in jeder Unterschicht sowohl in Bezug auf die Achsen der Kollagenfibrillen als auch in Bezug auf die Kristallschichten, so dass eine komplexe, gedrehte, sperrholzartige Struktur entsteht. Spezifische Funktionen für Lamellenknochen konnten im Gegensatz zu den anderen Knochentypen nicht identifiziert werden. Es wird daher vorgeschlagen, dass die lamellare Struktur multifunktional ist – der „Beton“ der Knochenmaterialfamilie. Experimentell gemessene mechanische Eigenschaften von lamellarem Knochen zeigen eine deutliche Anisotropie in Bezug auf die Achsenrichtung langer Knochen. Ein Vergleich der elastischen und endgültigen Eigenschaften von parallelen Anordnungen lamellarer Einheiten, die in primären Knochen gebildet werden, mit zylindrisch geformten osteonalen Strukturen in sekundär gebildeten Knochen zeigt, dass die meisten intrinsischen mechanischen Eigenschaften in die lamellare Struktur eingebaut sind. Die größten Vorteile des osteonalen Knochens sind seine Brucheigenschaften. Die mathematische Modellierung der elastischen Eigenschaften auf der Grundlage der lamellaren Struktur und unter Verwendung eines Mischungsregel-Ansatzes kann die gemessenen mechanischen Eigenschaften genau simulieren und so einen besseren Einblick in die Struktur-Mechanik-Beziehungen des lamellaren Knochens geben.
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