ATAS DO
7° CONGRESSO NACIONAL DE BlOMECÂNICA
PROCEEDWGS OF THE
7THPORTUGUESE CONGRESS ON BlOMECHANICS
SOC EDASE
PORTUGUESA
BIOMECÃNICA
Título 7° Congresso Nacional de Biomecânica Organização Paulo Flores
Filipe Marques Filipe Silva
José Carlos Teixeira José Luís Alves José Pimenta Claro Nuno Dourado Sara Cortez
João Folgado
Editor Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do Minho Depósito Legal 420832/17
ISBN 978-989-20-7304-0
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida ou
transmitida de qualquer outra forma ou por qualquer meio, electrónico ou mecânico,
incluindo fotocópia, gravação ou outros, sem prévia autorização escrita da editora.
COMISSÃO DE HONRA HONOR COMMITTEE
Reitor da Universidade do Minho Doutor António M. Cunha
Presidente da Câmara Municipal de Guimarães Dr. Domingos Bragança
Presidente do Health Cluster Portugal
Doutor Luís Portela
Presidente da Sociedade Portuguesa de Biomecânica
Doutor Paulo Fernandes
Presidente da Sociedade Portuguesa de Estomatologia e Medicina Dentária
Doutor Pedro MesquitaCOMISSÃO ORGANIZADORA | ORGANIZING COMMITTEE
Paulo Flores, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do Minho
Filipe Marques, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do Minho Filipe Silva, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do MinhoJosé Carlos Teixeira, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do Moinho
José Luís Alves, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do MinhoJosé Pimenta Claro, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do Minho
Nuno Dourado, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do Minho
Sara Cortez, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do Minho
João Folgado, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa
PATROCÍNIOS E APOIOS INSTITUCIONAIS | SPONSORSHIP AND INSTITUTIONAL SUPPORT
UMINHO SOCÍSDAOÊ
POSTUüUESA
BlOtíECÂNfCA
^crnEmE
CEKTER FOR MiCRflElECTROMECHANICAl SYSTiMS
bjomech
COMISSÃO
CIENTIFICA | SCIENTIFIC COMMITTEE
Adélia Sequeira (IST) Amílcar Ramalho (UC)
António Completo (UA)
António Figueiredo (UC)
António Ramos (UA) António Silva (UTAD) António Veloso (FMH) Aurélio Faria (UB I) Cristina Santos (UM) Daniela Vaz (IPL) Elza Fonseca (IPB) Fernando Simões (IST)
Fernando Gilberto Costa (FMUP)
Filipa João (FMH)
Filipe Carvalho (CMRRC-Rovisco Pais)
Filipe Silva (UM)
Gonçalo Dias (UC)
Helena Moreira (UTAD) Hélder Rodrigues (IST) Jacinto Monteiro (FMUL) Javier Cuadrado (UComna) Joana Costa Reis (UEvora)
João Espregueira-Mendes (CEM)
João Folgado (IST)
João MCS Abrantes (ULusófona) João Manuel Tavares (FEUP) João Paulo Vilas-Boas (FADEUP)
Jorge Ambrósio (IST)
Jorge Belinha (FEUP)
Jorge Laíns (CMRRC-Rovisco Pais)
José Alberto Ramos Duarte (FADEUP) José Carlos Reis Campos (FMDUP) José Luís Alves (UM)
José Luís Alves (UM)
José Manuel Casanova (FMUC) José Oliveira Simões (UA)
Josep Llagunes (UPCatalonia)
Leandro Machado (FADEUP)
Lídia Carvalho (ESTESCTEC)
Luciano Menegaldo (UFRJ)
Luís Rocha (UM) Luís Roseira (ISEC) Luísa Sousa (FEUP) Manuel Gutierres (FMUP) Marco Parente (FEUP) Maria Augusta Neto (UC)
Mário Augusto Vaz (FEUP)
Mário Forjaz Secca (UNL) Mário João Camelas (UNL)
Miguel Tavares da Silva (IST)
Miguel Velhote Correia (FEUP)
Nuno Dourado (UM) Paulo Flores (UM) Paulo R. Fernandes (IST) Paulo Piloto (IPB) Pedro Coelho (UNL) Pedro Martins (FEUP) Pedro Morouço (IPL) Renato Natal Jorge (FEUP) Rita Santos Rocha (IPS) Ronaldo Gabriel (UTAD) Rui Barreiros Ruben (IPL) Rui Lima (UM)
Rui Miranda Guedes (FEUP) Vera Moniz-Pereira (FMH)
7° CONGRESSO NACIONAL DE BIOMECÂNICA
Paulo Flores et al. (Eds)
Guimarães, Portugal, 10 e II de fevereiro de 2017
PREFÁCIO
Este livro contém os resumos dos trabalhos apresentados no 7° Congresso Nacional de Biome-cânica (CNB2017) que decorreu no Departamento de Engenharia MeBiome-cânica da Universidade do Minho, em Guimarães, Portugal, nos dias 10 e 11 de fevereiro de 2017.
O Congresso Nacional de Biomecânica (CNB) é o mais importante e prestigiado encontro
cien-tífico organizado em Portugal, na área da Biomecãnica. O CNB é um importante fómm de
dis-cussão e colaboração entre investigadores das várias áreas da Biomecânica, promovendo parce-rias e projetos de mvestigação de interesse comum. Além disso, o CNB procura incentivar a participação dos estudantes com o objetivo de potenciar o crescimento e a interação da Biome-cânica em Portugal.
O evento é bienal, e a prüneira edição, sob o nome "Encontro l Biomecânica", realizou-se em Martinchel, Abrantes em fevereiro de 2005. Em 2007 realizou-se o 2° Encontro em Évora. Na terceira edição, realizada em Bragança em 2009, houve uma alteração de designação para o atual Congresso Nacional de Biomecânica. Nas edições seguintes, 2011, 2013 e 2015, o
Con-grosso Nacional de Biomecânica continuou a crescer tendo-se realizado em Coimbra, Espinho e
Leiria, respetivamente.
Nesta 7 edição do Congresso Nacional de Biomecânica foram aceites cerca de 160 trabalhos de
10 países. O presente livro está dividido em diversos capítulos que refletem os diferentes
tópi-cos do congresso, nomeadamente: anto-opometria; biofabricação; biomateriais; biomecânica cardiovascular, biofluidos e hemodinâmica; biomecânica celular e molecular; biomecânica da lesão/impacto; biomecânica de reabilitação; biomecânica desportiva; biomecânica do crânio e coluna; biomecânica do sistema músculoesquelético; biomecânica dos tecidos; biomecânica ocupacional; biomecânica orofacial; biomecânica ortopédica; biomecânica respü-atória; cirurgia assistida por computador; engenharia dos tecidos; ensino da biomecânica; mecânica experimen-tal em biomecânica; visão por computador em biomecânica.
A Comissão Organizadora do CNB2017 agradece a todos os Patrocinadores pelo apoio
conce-dido, bem como à Comissão Científica pela cooperação e avaliação dos trabalhos. Uma palavra
especial para os autores, porque sem autores não haveria CNB. Por último, um agradecimento especial à Sociedade Portuguesa de Biomecânica pelo privilégio que nos concedeu de poder organizar o 7 Congresso Nacional de Biomecânica, e pelo muito apoio que prestou.
Guimarães, 10 de fevereiro de 2017
A Comissão Organizadora
Paulo Flores
Filipe Marques
Filipe Silva José Carlos Teixeira José Luís Alves José Pimenta Claro Nuno Dourado Sara Cortez João Folgado
7" CONGRESSO NACIONAL DE BIOMECÃNICA Paulo Flores et al. (Eds)
Guimarães, Portugal, 10 e 11 de fevereiro de 2017
INTRODUCTION OF THE PRESIDENT OF SPB
Dear Colleagues,
This year we are attending to the 7th Congress of the Portuguese Society of Biomechanics
(SPB). The Congress is probably the most important event ofthe Society, and its regular
organ-ization, every two years since 2005, is an evidence ofthe vitality ofthe scientific community onBiomechanics. In the present Congress we have 159 presentations (138 oral and 21 posters) and,
once again, we reward excellence on the biomechanics research through the Young Researcher Award (Prize "João Arménio Correia Martins"), Best Poster Award, Best MSc Student Awardand Best PhD Student Award. Thus, the congress is a strong contribution for encouraging,
sup-porting and disseminating the biomechanics research undertaken in Portugal.
The research and development on biomechanics hás a great impact on public health and
peo-ple's wellness. The state ofthe art achieved in some áreas of biomechanics requires increasing
efforts on translation for a better understanding of the importance of public investment on
re-search. It is this challenge I launch to you for the coming years, wishing we are able to work
together on tiús objective. The Portuguese Society of Biomechanics will play its role being a
keystone for the researchers to develop their work. The Congress is an opportunity of
excellen-cy to find new partnership and to define collaborative projects.I finish by sincerely thanking the organizing committee, in particular Prof. Paulo Flores, for
their professional work during the organization of CNB2017 and wishing to ali delegates a very
successful event.
Guimarães, February lOth, 2017
Paulo R. Fernandes
PresidentofSPB
7° CONGRESSO NACIONAL DE BIOMECÁNICA
Paulo Flores et al. (Eds)
Guimarães, Portugal, 10 e 11 de fevereiro de 2017
ÍNDICE | INDEX
PREFÁCIO ...v
PREFACE... vi
NOTA DO PRESmENTE DA SPB... vii
INTRODUCTION OF THE PRESIDENT OF SPB ... viii
Antrepeiiietria | Aafhropametrics
POTENCIAL DOS VALORES PADRÃO DE PARÂMETROS DO PERFIL ANTROPOMÉTRICO RESTRITO PARA A GRAVIDEZ...3M. Santana, R. Pereira, H. Almeida, R. Ascenso e E. Oliveira ERGODIGITAL -NOVA APLICAÇÃO MÓVEL PARA AUXÍLIO DOS TÉCNICOS EM DFVERSAS AVALIAÇÕES ERGONÓMICAS...5
T. Pinto, N. Domingues, R. Ascenso, E. Oliveira e H. Almeida
Biofebricação | Biomanufiicüíring
FABRICO DE ORTÓTESES, PRÓTESES E IMPLANTES MULTIMATERIAL: APLICAÇÃO DE UMA METODOLOGIA HffiRIDA DE FABRICO ADHTVO ...9M. Silva, R. Felismina, A. Mateus e C. Malça PROTOTYPE PRODUCTION SYSTEM FOR BONÉ IMPLANTS USINO MICROMACHINING TECHNIQUES... 11
EA. Avendano and F.A. Rojas Biomateriais l Bwmaterials QUALIDADE DO OSSO CORTICAL DE BOVINOS UTILIZANDO O MÉTODO DE REFINAMENTO RlETVELD ... 15
R. Erbereli, J. M. D. A. Rollo, R. R. Tullio e C. R. Marcondes PRINTING AND CHARACTERIZATION OF DENTAL OR SKELETAL IMPLANTS MADE OF POWDEREDCORTICALLYOPHILIZED BONÉ GRAFTS ... 17
A. Tinjacá, A. Robayo and F. Rojas DESENVOLVIMENTO DE MODELO ANIMAL IN VIVO PARA VERTEBROPLASTIA PERCUTÂNEA19 M. T. Oliveira, J.C. Potes, M. C. Queiroga, S. Rehman, K. Dalgamo, A. Ramos e J.C. Reis
ESTUDO DO PH DE SOLUÇÕES
DE H2Ü2 NA EFICDÊNCIA DO BRANQUEAMENTO E NA
MICRODUREZA DO ESMALTE ... 21A. Branco, M. C. Polido, A. P. Serro e C. G. Figueiredo-Pina
DESENVOLVIMENTO DE PALMILHA PEDIÁTRICA USANDO GEL DE NANOCELULOSE ... 23
7° CONGRESSO NACIONAL DE BIOMECÂNICA
Paulo Flores e/a/. (Eds) s, Portugal, 10 e 11 de fevereiro de 2017
ANÁLISE^DE TENSÕES
EM ESPUMAS DE POLIÜRETANO
RÍGIDAS SOB
FURAçÃO COM VELOCIDADE DE
ROTAçÃOCONSTTN
TE^
Luca. D. A^edo], Maria G. A.
Fernande^, Eka M. M. Fonseca3 e Renata M Natal4
'I^'^Pol"écn, co de Bragança, Portal: lda^edol0@g», a,l. com
2WEGI'Fa^^^^e^n^aUn^, ^e^P^. P^^^^^, ^^^^^
3LAETA, WEGI. InstMa Poluécn. co de Bragança. Par^gal; efonseca^pb. pt
-UETA, WEGÏ. F.c^e de Engenha ^ Unn,er^e^P^. Por^l. rnat^e.^
PALAVRAS CHAVE: Furação, Modelo Numérico, Modelo Experimental.
SSSï?:==^^x^s:
305
rial.
l
INTRODUÇÃO
A Airação do tecido ósseo é uma operação
mecânica utilizada em procedimentos
cirúr-gicos ortopédicos. Em ambiente cirúrgico é
fundamental o controlo dos parâmetros de
furaçâo envolvidos tendo em conta a
quali-dade e densiquali-dade do osso [l, 2]. Existem
diversos fatores relacionados com o
proces-só de fiu-ação que podem induzir dano no
tecido ósseo. O principal desafio em
fura-cão óssea é obter os fiu-os pretendidos sem
causar qualquer dano témiico e mecânico
no tecido ósseo [3]. Assün, toma-se
impor-tante compreender os efeitos das condições
de füração, atendendo à geometria da
fer-ramenta e ao comportamento do material
quando solicitado pêlos esforços de corte.
Os principais parâmetros estudados e
repor-tados pela literatura são a velocidade de
avanço, a velocidade de rotação e a
geome-tria da ferramenta. O principal objetivo
deste estudo é avaliar, através de uma
me-todologia experimental e numérica, as
ten-soes geradas na superfície das espumas de
poliuretano rígidas durante a füração, com a
imposição de diferentes velocidades de
avanço e uma velocidade de rotação
cons-tante.2
MATERIAIS E MÉTODOS
A componente experünental foi
desenvol-vida com recurso a espumas de poliuretano
rígidas da Sawbones, com propriedades
mecânicas similares ao osso cortiça!huma-no cadavérico. Estes materiais foram
ins-trumentados com 9 extensómetros lineares
à superfície, ligados a um sistema de
aqui-sição de dados, pennitindo a leitura e
regis-to das defonnações ao longo do tempo" de
fiu-açâo. No total foram realizados 18 furos
com recurso a uma máquina CNC (DMC
63V). Nos parâmetros de füração foram
utilizadas três velocidades de avanço (25,
50, 75 mm/min) para a velocidade de
3(16
Lucas D. Azevedo, Maria G. A. Fernandes, Elza M. M. Fonseca e Renato M. Natal
na ferramenta foram registadas, com uma
câmara termográfíca FLIR®T365,
imedia-lamente antes e após a füração. O setup
utilizado para a componente experimental é
apresentado na Fig. l.
.
-.
Fig. l Setup experimental
Em simultâneo, foram desenvolvidos mode-los numéricos tridimensionais de dinâmica
explícita, através do método de elementos
fmitos, para simulação do processo de
füra-cão. A análise foi realizada com recurso a
um código de elementos finitos explícito,
ANSYS LS-DYNA (LSTC, Livermore).Este modelo permite o cálculo das tensões
geradas no material em função das
condi-coes de füração, das propriedades e
com-portamento do material, assim como da
geometria da ferramenta de corte. O modelo
numérico consiste num modelo reduzido dabroca, desenvolvida em SolidWorks, e do material sólido com configuração cü-cular,
conforme apresentado na Fig. 2. O material
sólido apresenta 5 mm de espessura e 012
mm, representando uma zona circular en-volvente num furo real.
Foram efetuados estudos de convergência de malhas e utilizado o elemento Solid 164,
com oito nós e três graus de liberdade
rela-tivosàtranslação.
taxa de deformação e do critério de cedên-cia do material. Foi utilizado o modelo de
Cowper-Symonds em que se considera o
endurecimento por deformação plástica e o
efeito da velocidade de deformação
plásti-ca. O contacto entre a broca e o bloco foi
efetuado ata-avés de um algoritmo de
con-tacto disponível no código LS-DYNA. A
remoção do material no processo de furação
ocorre pela erosão de elementos, durante a
deformação plástica, quando atinge o limite através de um critério pré-definido.
3 RESULTADOS E CONCLUSÃO
Foram analisadas diferentes conjugações de
parâmetros com o objetivo de verificar o
efeito da velocidade de avanço nas tensõesgeradas à superfície do material. O aumento
da velocidade de avanço provoca uma redu-cão nos esforços de corte e na energia
espe-cífica de corte durante a fiiração óssea. Paia velocidade de rotação constante, o aumento
na velocidade de avanço provoca
diminui-cão do campo de tensões gerado na
superfí-cie do material sólido e diminuição datem-peratura na ferramenta.
REFERÊNCIAS
[l] R. K. Pmdey, S. S. Panda, "DriUmg of boné: A
compre-hensive review", Joumal of Clinicai Orthopaedics md Trauma, Vol. 4, n° l, 15 - 30, 2013.
[2] M.G. Fernandes, E.M.M. Fonseca, R. Natal,
"Three-dimensional dynamic fmite element and experimental models for drilling processes", Proc IMechE Part L; J Materiais: Design and ApplÍcations, p. 1-9, 2015. DÓI:
10. 1177/1464420715609363 (mpress).
[3] J. Lee, BA. Gozen, Y.R.B. Ozdoganlar, "Modeling md
experimentation of boné drilling forces", Joumal of
Biome-chames. Vol. 4, 1074 - 1086, 2012.
Fig. 2 Modelo numérico 3D
O comportamento do material sólido foi
considerado elástico-plástico dependente da
7° CONGRESSO NACIONAL DE BIOMECÂNICA
Paulo Flores et al. (Eds) Guimarães, Portugal, 10 e 11 de fevereiro de 2017
EFFECT OF DRILL SPEED DURING DRILLING OF HUMAN CADAVERIC
TIBIAE
»7
M. G. Fernandes', E. M. M Fonseca2, S. Natal3, M. C. Manwnares4 and L. Azevedo5
'INEGI, Faculty ofEngineermg ofUmversily of Porto, Portugal: m^ernandes@megi. up.pt
.
'LAETA, INEGI, P olytechnique Instituto of Bragança. Portugal: efonseca@, pb. pt
3LAETA, INEGI, Faculty ofEngineermgofUniversityof Porto, Portugal: matal@fe. up.pt
4 Umverstty of Barcelona. Faculty of Medicine and Health Sc.ences, Spain; mcmanzanares@ub. e^
' Polytechniquelnstitute of Bragança. Portugal; ldazevedol0@gmail. com
KEYWORDS: Drillmg, Cadaveric Tibiae, Thennal Necrosis, Thermocouple
ABSTRACT^ Boné fracture is a feature of everyday life. Most ofthe treatments involve boné
drillingtofixatíon of implanted medicai devices. Boneloss due to
excessiveproducedhe^du'r-inldrtllmsmay
weakenjhe
Purchase ofsurgicallyplaced sereis and pins,'causmglh
emtohosenpostoperatívely. ^Decrease the heat generation hás a great demandas ^tMps Ïn'better
fwtimmdhealing ofbme tissue\This PaPer P^sents an experimental model to^udy
tkeef-/etí ofdrill speed using human cadaveric tibiae. The results revealed that ~thetempe'raturerw
and the duration oftemperatwe elevation decreased when lower drill speeds are used.
l INTRODUCTION
Boné drilling is a signifícant part of many
medicai interventions, including
orthopae-dic surgeries. Every day, millions of
acci-dents happen involving boné fractures. The
treatment normally requires drilling for
screw placement, temporary boné fixation
and surface preparation for joint fiision.
Significant heat is produced during drilling
due to the friction between the cutting
sur-face ofthe drill bit in contact with the hole
and boné fragments. When the temperatures
obtained during drilling operation reached
the limit supported by boné tissue, thennal
necrosis occurs [l]. This damage to boné
cells would delay the healing process after
the surgery and reduce the strength of the
fKation. In order to minimize the damage
caused by the high temperature and to
im-prove this procedures, it is necessary to
optimize the drilling parameters. Many
researches have been conducted to fínd out
effects of different drilling parameters such
as feed-rate, drill speed, drilling depth,
drilling force and drill bit diameter.
How-ever, most of these studies use animal
bonés or synthetic bonés to replace the
hu-man boné. Although the properties may be
similar, drilling ofhuman boné tissue might
show a different response compared to
ani-mal models [2].
The aim of the present investigation was to
measure the temperature rise from threedifferent drill speeds using human
cadaver-ic tibiae and relate the results to the
operat-ing drill speed.
2
MATERIALSANDMETHODS
Experimental tests were conducted on four
boné specimens, measuring 22 to 25 cm in
length as show in Fig. l. The
non-embalmed sections of human cadaveric
tibiae were processed in the Body Donor's
Service and Dissection Room of the
Uni-versity of Barcelona.
The mean rise temperature, drilling time
and the time needed for the boné samples to
retum the initial conditions were monitored
using a datalogging thermometer (Extech
UMIMHO
