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Caracterização do comportamento mecânico do tecido ósseo cortical através de ensaios de flexão

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Summary:	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.
Authors:	Morais, José; Dourado, Nuno Miguel Magalhães
Subject:	Tecido ósseo cortical Comportamento mecânico
Year:	2017
Country:	Portugal
Document type:	master thesis
Access type:	Open
Associated institution:	Repositório da UTAD, DSpace at My University, Repositório Institucional da UTAD
Language:	Portuguese
Origin:	Repositório da UTAD

Description
Summary:	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.