Comparação numérica e experimental do comportamento mecânico de diferentes projetos de componentes metálicos tibial e femoral de próteses de joelho

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Sá, Amaury Sousa
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/240988
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2022.
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spelling Universidade Federal de Santa CatarinaSá, Amaury SousaRoesler, Carlos Rodrigo de Mello2022-10-21T17:00:15Z2022-10-21T17:00:15Z2022378788https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/240988Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2022.Esse trabalho buscou comparar três modelos de componentes femorais e platôs tibiais de fabricantes diferentes, com o intuito de investigar o efeito de diferentes características geométricas nas suas respectivas respostas mecânicas. Foram realizadas análises numéricas comparativas em todos os modelos de acordo com as normas técnicas ASTM F3161 e ASTM F3334 para determinar a distribuição de tensões e localização da tensão máxima principal. Esta localização foi assumida como indicativa do local de falha do componente quando submetido ao carregamento analisado. Para o ensaio experimental foi projetado e fabricado um dispositivo de fixação de corpo de prova para cada grupo, componentes femorais e platô tibial, de modo que as condições de contorno das normas técnicas ASTM F3210 e ASTM F1800 fosse experimentalmente reproduzida. Os resultados das análises numéricas dos componentes femorais indicaram que a região de concentração de tensões em todos os modelos foi na junção do cam com o côndilo lateral, onde modelo CF foi o que apresentou os menores níveis de tensão máxima principal. Apenas para o modelo CF todos os corpos de prova suportaram os 10 milhões de ciclos no ensaio de fadiga. Este é o único modelo que possui o cam em uma região mais centralizada do componente femoral. Entre os resultados das análises numéricas dos platôs tibiais o modelo CT apresentou os menores níveis de tesão máxima principal. Nos ensaios experimentais do platô tibial, o modelo CT foi o único em que algum corpo de prova suportou os 10 milhões de ciclos do ensaio de fadiga. Este é o modelo com a menor distância entre o ponto de aplicação da carga e a extremidade da viga de apoio inferior (mão francesa). Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que a geometria das faces internas dos componentes parece influenciar na resposta mecânica em ambos os componentes. No componente femoral o posicionamento do cam de forma mais centralizada parece melhorar a resposta mecânica e no platô tibial uma menor distância entre o centro de aplicação de carga e a extremidade da mão francesa reduz os níveis de tensão que esse componente será submetido.Abstract: This work strived to compare three models of femoral components and tibial plateaus from different manufacturers, with the intent of investigating the effect of different geometrical characteristics in their respective mechanical responses. Comparative numerical analyses were realized in all the models in agreement with the technical standards ASTM F3161 and ASTM F3334 to determine the distribution of stress and locale of the maximum principal stress. This locale was assumed as indicative of the failure region of the component when submitted to the analyzed loading. For the experimental test a fixation device was designed and fabricated for each group, femoral components and tibial plateaus, in a manner that the contour conditions of the technical standards ASTM F3210 and ASTM F1800 were experimentally reproduced. The results of the numerical analyses of the femoral components indicated that the concentration region in all models was at the junction of the cam with lateral condyle, where the CF model was the one to present the lower levels of maximum principal stress. The CF model was the only one in which all test samples survived 10 million cycles in the fatigue test. This is the only model to possess the cam in a more centralized region of the femoral component. Amidst the results of the numerical analyses of the tibial plateaus, the CT model presented the lower levels of maximum principal stress. In the experimental testing of the tibial plateau, the CT model is the only in which any test sample survived the 10 million cycles of the fatigue test. This is the model with the smallest distance between the load application point and the extremity of the inferior support beam (french hand). Considering the obtained results, it is possible to conclude that the geometry of the internal face of the components seem to influence in the mechanical response in both components. In the femoral component, the positioning of the cam in a more centralized way seem to improve the mechanical response and in the tibial plateau, a smaller distance between the load application point and the extremity of the french hand reduces the levels of stress to which this component is submitted to.131 p.| il., gráfs.porEngenharia mecânicaPrótese do joelhoAnálise numéricaMetaisComparação numérica e experimental do comportamento mecânico de diferentes projetos de componentes metálicos tibial e femoral de próteses de joelhoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALPEMC2256-D.pdfPEMC2256-D.pdfapplication/pdf11525892https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/240988/-1/PEMC2256-D.pdfbd78a637c472e73c5efb905acdd97722MD5-1123456789/2409882022-10-21 14:00:15.216oai:repositorio.ufsc.br:123456789/240988Repositório de PublicaçõesPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732022-10-21T17:00:15Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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