Caracterização do comportamento mecânico do tecido ósseo cortical através de ensaios de flexão
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10348/7820 |
Resumo: | O tecido ósseo cortical é um material vivo, heterogéneo e anisotrópico, fazendo com que a determinação das suas propriedades mecânicas seja uma tarefa complexa. Essa dificuldade faz-se também sentir na própria execução dos ensaios, em virtude das pequenas dimensões dos provetes que é possível obter. Esta dissertação tem como objetivo genérico contribuir para o desenvolvimento de métodos de ensaio in vitro que permita a medição correta das propriedades elásticas do tecido ósseo cortical. Trata-se de um objetivo relevante para a medicina humana, face ao crescente envelhecimento da população. Porém, é uma questão que ainda está por resolver de forma satisfatória. O trabalho efetuado incidiu sobre o tecido ósseo cortical extraído da diáfise femoral de bovinos jovens, com cerca de oito meses de idade. Este foi submetido a ensaios de flexão em três e quatro pontos, no plano LT (L é a direção longitudinal da diáfise e T é a direção tangencial). Foi também analisado o ensaio de tracção, como ensaio de referência para a identificação do módulo de elasticidade longitudinal (EL). Estes ensaios foram simulados recorrendo ao método dos elementos finitos. A simulação numérica foi limitada ao domínio elástico, tendo como objetivo analisar a sua sensibilidade ao ângulo off-axis (isto é, ao ângulo entre as direções de simetria material e as direções de simetria geométrica dos provetes, no plano do ensaio). Nos ensaios experimentais foi utilizada a técnica da correlação digital de imagem (CDI), para medição dos campos dos deslocamentos e dos campos das deformações. Em concreto, o trabalho que foi realizado teve em vista examinar vários aspetos dos ensaios de flexão: (1) a influência da anisotropia do plano de flexão (plano LT); (2) a possibilidade de identificar em simultâneo o módulo de elasticidade EL e o módulo de corte GLT, aplicando o método do vão variável (ensaio de flexão em três pontos); (3) a eventual diferença entre o módulo de elasticidade longitudinal em tracção e em compressão. Os resultados obtidos revelaram que o plano LT é um plano quase-isotrópico e que o ensaio de flexão em três pontos é adequado para a identificação do módulo de elasticidade longitudinal, o mesmo não sendo verdade para o ensaio de flexão em quatro pontos. Além disso, os resultados sugerem que o módulo de elasticidade em tracção é igual ao módulo de elasticidade em compressão. |
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Este foi submetido a ensaios de flexão em três e quatro pontos, no plano LT (L é a direção longitudinal da diáfise e T é a direção tangencial). Foi também analisado o ensaio de tracção, como ensaio de referência para a identificação do módulo de elasticidade longitudinal (EL). Estes ensaios foram simulados recorrendo ao método dos elementos finitos. A simulação numérica foi limitada ao domínio elástico, tendo como objetivo analisar a sua sensibilidade ao ângulo off-axis (isto é, ao ângulo entre as direções de simetria material e as direções de simetria geométrica dos provetes, no plano do ensaio). Nos ensaios experimentais foi utilizada a técnica da correlação digital de imagem (CDI), para medição dos campos dos deslocamentos e dos campos das deformações. Em concreto, o trabalho que foi realizado teve em vista examinar vários aspetos dos ensaios de flexão: (1) a influência da anisotropia do plano de flexão (plano LT); (2) a possibilidade de identificar em simultâneo o módulo de elasticidade EL e o módulo de corte GLT, aplicando o método do vão variável (ensaio de flexão em três pontos); (3) a eventual diferença entre o módulo de elasticidade longitudinal em tracção e em compressão. Os resultados obtidos revelaram que o plano LT é um plano quase-isotrópico e que o ensaio de flexão em três pontos é adequado para a identificação do módulo de elasticidade longitudinal, o mesmo não sendo verdade para o ensaio de flexão em quatro pontos. Além disso, os resultados sugerem que o módulo de elasticidade em tracção é igual ao módulo de elasticidade em compressão.The cortical bone tissue is a heterogeneous and anisotropic living material, which makes the evaluation of its mechanical properties a very difficult task. The small dimensions of specimens also enhance the difficulty of mechanical testing of cortical bone tissue. The general goal of this thesis is to contribute for the development of in vitro testing methods which allow the correct identification of elastic properties of cortical bone. This is a relevant goal in the context of human medicine, in view of the growing aged population. However, this issue is far from being solved satisfactorily. The work performed was focused on cortical bone tissue excised from the femoral diaphysis of young bovines (around eight months old) and on the three and four point bending tests, in the LT plane (L is the diaphysis longitudinal direction and T is the tangential direction). The tensile test was also examined, as a reference testing method for the identification of longitudinal modulus of elasticity (EL). All test methods were simulated using the finite element method. The numerical simulations were confined to the linear material behaviour, with the objective to evaluate their sensibilities to the offaxis loading. The digital correlation technique was applies in the experimental tests in order to measure the displacement and strain fields. More precisely, the work performed addressed some issues related with the bending tests: (1) the effect of testing plane (LT plane) anisotropy; (2) the possibility of simultaneous identification of EL and GLT (the shear modulus in the LT plane) by using the variable span method (three point bending tests); (3) the eventual differences between the longitudinal elastic modulus under tension and compression loading. The results obtained showed that the LT plane is a quasi-isotropic mechanical plane and that the three point bending test is suitable for measuring EL, although the same is not true for the four point bending test. Moreover, the results suggest that the tensile longitudinal elastic modulus of cortical bone is equal to the compressive one.2017-07-05T11:55:55Z2017-07-05T00:00:00Z2017-07-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10348/7820porRodrigues, André Filipe Brancoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-02-02T12:44:19Zoai:repositorio.utad.pt:10348/7820Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T02:03:43.765354Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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