• Nenhum resultado encontrado

O objetivo principal desta dissertação foi a caracterização do comportamento elástico do tecido ósseo cortical através de ensaios de flexão. O trabalho incidiu sobre o tecido cortical da diáfise femoral de bovinos jovens e sobre a identificação do módulo de elasticidade longitudinal (EL) recorrendo aos ensaios de flexão em três e em quatro

pontos, no plano de simetria material LT (sendo L a direção longitudinal da diáfise e T a direção tangencial). Em particular, procuramos esclarecer 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) diferença entre o módulo de elasticidade ELem tracção e em compressão. Foi usado o ensaio de tracção

como ensaio de referência para a determinação do módulo de elasticidade longitudinal. Os ensaios de flexão (em três e em quatro pontos) foram analisados pelo método dos elementos finitos. Nos testes experimentais foi empregue a técnica da correlação digital de imagem para a medição dos campos dos deslocamentos e das deformações.

Em seguida reunimos todas as conclusões a que chegamos, como resultado do trabalho realizado, e que foram sendo parcialmente apresentadas ao longo do trabalho. Assim:

1. A direção longitudinal da diáfise coincide praticamente com a direção de simetria elástica L, sendo o plano LT um plano quase-isotrópico.

2. O ensaio de tracção em provetes orientados na direção longitudinal da diáfise, e quando os deslocamentos são medidos por correlação digital de imagem, permite a correta identificação do módulo de elasticidade longitudinal (EL) e do

coeficiente de Poisson ( ).LT

3. A teoria das vigas de Bernoulli-Euler é aplicável para relações L/h iguais ou superiores a 10, em virtude do plano LT ser um plano quase-isotrópico.

4. O método do vão variável (ensaio de flexão em três pontos), baseado na teoria das vigas de Timoshenko, não é adequado para a identificação do módulo de corte GLT.

5. Nos ensaios de flexão (em três e em quatro pontos), a indentação dos provetes nos apoios e na região de contacto com o atuador é desprezável.

6. O módulo de elasticidade longitudinal do tecido ósseo cortical é igual à tracção e à compressão.

7. Os diferentes métodos de identificação do módulo de elasticidade longitudinal através do ensaio de flexão em três pontos (teoria das vigas de Bernoulli-Euler baseada no deslocamento do atuador, teoria das vigas de Bernoulli-Euler baseada no deslocamento do ponto central da região de interesse, método do vão variável e método baseado nas deformações de tracção e de compressão medidas por correlação digital de imagem), fornecem resultados consistentes com o ensaio de tracção.

8. O ensaio de flexão em quatro pontos conduz a um valor médio do módulo de elasticidade longitudinal que é cerca de metade dos valores médios obtidos através do ensaio de tracção e através do ensaio de flexão em três pontos.

9. O ensaio de flexão em quatro pontos não é um ensaio adequado para a identificação do módulo de elasticidade longitudinal do tecido ósseo cortical, pelo menos para os provetes com as dimensões usadas neste trabalho.

Bibliografia

Barak MM, Currey JD, Weiner S, Shahar R (2009). Are tensile and compressive Young’s moduli of compact bone different? Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials: 51–60.

Dias M, Costa L, Viegas C, Alves H, Pires M (2005). O Tecido Ósseo Biologia da Cicatrização. Série Didáctica. Ciências Aplicadas; 280, Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, Vila Real.

Diaquino, José Alves (2011). Identificação das propriedades elásticas do tecido ósseo cortical usando o ensaio de Arcan. Tese de Mestrado em Engenharia Mecânica, UTAD, Vila Real.

Doblaré M, García JM, Gómez MJ (2004). Modelling bone tissue fracture and healing: a review. Engineering Fracture Mechanics, 71: 1809–1840.

Dong XN, Guo XE (2004). The dependence of transverse isotropic elasticity of human femoral cortical bone on porosity. Journal of Biomechanics 37: 1281–1287.

Garrido, Nuno Manuel (2004). Identificação do comportamento ao corte da madeira através do ensaio de tracção fora dos eixos de simetria material. Tese de Mestrado em Tecnologias das Engenharias, UTAD.

Iyo T, Maki Y, Sasaki N, Nakata M (2004). Anisotropic viscoelastic properties of cortical bone. Journal of Biomechanics 37: 1433–1437.

Judas, Fernando; Palma, Paulo; Falacho, Rui Isidro; Figueiredo, Helena (2012). Estrutura e dinâmica do tecido ósseo. Texto de apoio para os alunos de Mestrado Integrado em Medicina, Disciplina de Ortopedia. Clínica Universitária de Ortopedia dos HUC – CHUC e Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra.

Kennedy OD, Brennan O, Mauer P, Rackard SM, O’Brien FJ, Taylor D, Lee TC (2008). The effects of increased intracortical remodeling on microcrack behavior in compact bone. 43(5):889-93.

Knets IV (1978). Mechanics of biological tissues: a review. Polymer Mechanics, 13: 434– 440.

Lima, António Malheiro Vasconcelos (2006). Elasticidade Linear. Mecânica dos Sólidos, Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, Vila Real.

Macedo, Carla Sofia (2015). Estudo do protocolo de preparação de amostras de tecido ósseo cortical para caracterização das propriedades mecânicas. Tese de Mestrado em Engenharia Mecânica, UTAD.

Morais JL, Dourado NM (2006). Sólidos elásticos. Série Didáctica. Ciências aplicadas; 293, Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, Vila Real.

Pan Bing, Qian Kemao, Xie Huimin, Asundi Anand (2009). Two-dimensional digital image correlation for in-plane displacement and strain measurement: a review. Measurement Science and Technology, 20.

Pereira JLE (2013). Assessing wood quality by spatial variability of transverse elastic properties within the stem: Case study on P. pinaster at the meso scale. Tese de Doutoramento, Universidade da Beira Interior, Covilhã.

Pithioux M, Lasaygues P, Chabrand P (2002). An alternative method to determine the elastic properties of cortical bone. Journal of Biomechanics 35, 961–968.

Reilly DT, Burstein AH (1975). The elastic and ultimate properties of compact bone tissue. Journal of Biomechanics 8: 393–405.

Rho JY, Kuhn-Spearing L, Zioupos P (1998). Mechanical properties and the hierarchical structure of bone. Medical Engineering & Physics, 20: 92–102.

Rho JY, Pharr G M (1999). Effects of drying on the mechanical properties of bovine femur measured by nanoindentation. Journal of materials science: materials in medicine 10: 485–488.

Shahar R., Zaslansky P, Barak M, Friesem AA, Currey JD, Weiner S. (2007). Anisotropic Poisson’s ratio and compression modulus of cortical bone determined by speckle interferometry. Journal of Biomechanics 40: 252–264.

Tamim Diab, Keith W. Condon, David B. Burr, Deepak Vashishth (2005). Age-related change in the damage morphology of human cortical bone and its role in bone fragility. Bone 38: 427–431.

Taylor WR, Roland E, Ploeg H, Hertig D, Klabunde R, Warner MD, Hobatho MC, Rakotomanana L, Clift SE (2002). Determination of orthotropic bone elastic constants using FEA and modal analysis. Journal of Biomechanics 35: 767–773.

Tsai W.S. e Hahan, H.T (1980). Introduction to composite materials, Technomic Publishing Company, Lancaster.

Turner CH, Rho J, Takano Y, Tsui T Y, Pharr GM (1999). The elastic properties of trabecular and cortical bone tissues are similar: results from two microscopic measurement techniques. Journal of Biomechanics 32: 437–441.

Zioupos Peter, Wang Xiao Tong, Currey John D (1996). Experimental and theoretical quantification of the development of damage in fatigue tests of bone and antler. Journal of Biomechanics 29: 989–1002.

Documentos relacionados