XXXI Congresso de Iniciação Científica
Análise estrutural de um fixador interno do tipo locked plate através de simulação computacional com modelagem por elementos finitos
Douglas Maiochi Daniel, Hugo Mendonça de Jesus, Prof. Dr. Edson Antonio Capello Sousa, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus Bauru, Faculdade de Engenharia, Engenharia Mecânica, doug.m.daniel@gmail.com, Bolsa de Iniciação Científica – PIBIC.
Palavras Chave: Biomecânica, elementos finitos, fixador interno.
Introdução
É possível avaliar as propriedades mecânicas de sistemas de próteses com a utilização do método dos elementos finitos (MEF), que é bastante preciso para tal finalidade. O uso de modelos tridimensionais viabilizam a análise do conjunto estrutural por completo e permitem observar as solicitações que ocorrem simultaneamente em todos os componentes da prótese, permitindo avaliações a respeito da distribuição de tensões entre cada componente da prótese e a interação entre eles.
Ultimamente, usa-se uma placa de compressão, também conhecida como locked plate, fixada diretamente no osso com parafusos como prótese para tratamento de fraturas ósseas em caninos, a qual tem como princípio de funcionamento o posicionamento correto dos fragmentos ósseos para estimular reconstrução óssea.
Objetivo
O objetivo do estudo é analisar o comportamento mecânico da prótese, com relação aos esforços sofridos, tensões aplicadas e deformações sofridas quando submetida à flexão. Será gerado um modelo de elementos finitos tridimensional para a placa e o resultado será comparado ao ensaio mecânico real de flexão da placa, com finalidade de validar o método de análise computacional.
Material e Métodos
Na primeira etapa foi realizada a aquisição das dimensões referentes à placa estudada. Para as geometrias de baixa complexidade, aparelhos de medição manual foram suficientes e para geometrias mais complexas foi utilizado o Scanner 3D. O componente biomecânico estudado correspondeu a uma placa do modelo S.P.S Free- Block. Na segunda etapa foi realizada a reconstrução geométrica utilizando software de modelagem (CAD) SolidWorks, através das dimensões já obtidas e posteriormente o modelo foi importado para o software de método de elementos finitos Ansys, onde foi realizada a discretização em elementos finitos. Na terceira etapa, foi realizada a geração da malha de elementos finitos, bem como a
determinação das condições de fixação e carregamentos impostos sobre a estrutura, para assim coletar dados sobre o comportamento estrutural da placa em estudo.
Resultados e Discussão
Como era esperado, por se tratar de um ensaio de flexão, as maiores tensões ocorrem no centro da placa, mostrado na Figura 1, assim como as maiores deformações, devido a flexão do sistema e ao furo, que atua como concentrador de tensões. A alta tensão no local é responsável pelo dobramento da placa durante o ensaio.
Figura 1. Simulação da flexão do conjunto.
Conclusões
Os resultados obtidos pela simulação numérica foram satisfatórios, uma vez que mostraram coerência. Os erros obtidos nos valores são aceitáveis, pois não foi realizada uma análise de contato entre a placa e os ossos. Através dessa comparação, pode-se validar o modelo com o propósito de otimizações estruturais, garantindo a eficiência da prótese do paciente.
Agradecimentos
Ao Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica – PIBIC, pelo fomento do projeto.
Ao meu orientador pelo suporte e empenho.
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1 Hayasaki, C.L.; Capello Sousa, E. A. Modelagem de estruturas ósseas e próteses através do método dos elementos finitos. XII Simpep, Bauru, Brasil, 2006.
2 Timoshenko, S., Goodier, J. N. Theory of Elasticity.New York:
McGraw-Hill, 1951.
