Please use this identifier to cite or link to this item: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/21084
Title: Análise numérica do comportamento termomecânico de fixadores ortopédicos arquitetados de ligas com memória de forma Ni-Ti.
???metadata.dc.creator???: SILVA, Paulo César Sales da.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: ARAÚJO, Carlos José de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: AMORIM JÚNIOR, Wanderley Ferreira de.
???metadata.dc.contributor.referee2???: BRITO, Nadja Maria da S. O.
Keywords: Ligas com memória de forma;Ligas Ni-Ti;Simulação numérica;Estruturas celulares arquitetadas;Fixadores ortopédicos;Shape memory alloys;Ni-Ti alloys;Numerical simulation;Architected cellular structures;Arquitected orthopedic fixators
Issue Date: 31-Aug-2018
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SILVA, Paulo César Sales da. Análise numérica do comportamento termomecânico de fixadores ortopédicos arquitetados de ligas com memória de forma Ni-Ti. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) -Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2018.
???metadata.dc.description.resumo???: As Ligas com Memória de Forma (LMF) são materiais metálicos funcionais com a capacidade de recuperar grandes níveis de deformações induzidas por carregamento mecânico (superelasticidade) e a recuperação de deformações pseudoplásticas após aplicação de calor (efeito memória de forma). Dentre as LMF já conhecidas, aquelas do sistema binário Níquel-Titânio (Ni-Ti) têm impactado diversos campos da medicina, principalmente na área específica das aplicações biomédicas de implantes ortopédicos, devido à combinação de biocompatibilidade com boas propriedades mecânicas. Aliada à estas funcionalidades particulares das LMF Ni-Ti, sabe-se que Estruturas Celulares Arquitetadas tendo como principal característica uma alta relação entre capacidade de carga e peso otimizado. Assim, componentes mecânicos arquitetados de LMF Ni-Ti podem vir a suprir uma demanda específica das aplicações biomédicas em implantes ortopédicos, podendo ser projetadas para serem geometricamente similares aos tecidos ósseos e otimizadas estruturalmente para permitir um controle da rigidez. Além disso, sabe-se que a osseointegração depende, dentre outros fatores, de uma compressão contínua e biologicamente compatível. Nesse contexto, a avaliação do comportamento termomecânico de fixadores ortopédicos arquitetados de LMF Ni-Ti obtidos por técnicas de fundição de precisão é a motivação deste estudo baseado em análises numéricas. O intuito é de iniciar a viabilização de tecnologias alternativas e de baixo custo para a fabricação de dispositivos biomédicos em Ni-Ti (implantes). Assim sendo, neste trabalho alguns protótipos de fixadores ortopédicos como grampos, embracing e patellar concentrator arquitetados de LMF Ni-Ti foram concebidos e analisados numericamente usando o método dos elementos finitos por meio do software comercial ANSYS, antes de passar para a fase de produção futura usando fundição de precisão. Poros (vazios) de topologia hexagonal, circular, diamante e reentrante foram inscritos ao longo da estrutura de modelos de fixadores, sendo avaliadas a influência da topologia do vazio na resposta mecânica de cada componente mecânico estudado, em termos de variação de rigidez e da força de restrição em função da densidade relativa.
Abstract: Shape memory alloy (SMA) are functional metallic materials with the ability to recover large deformations induced by mechanical loading (superelasticity) and recovery of pseudoplastic deformations after heat application (shape memory effect). Among all SMA, those of the Ni-Ti binary system have impacted several medical fields, especially in the specific area of biomedical applications of orthopedic implants, due to the combination of biocompatibility with good mechanical properties. Associated to these particular features of the Ni-Ti SMA, it is known that Architected Cellular Structures present as main characteristic a high ratio between load capacity and optimized weight. Thus, the Ni-Ti SMA architected mechanical devices can come to meet demands of specific biomedical applications in orthopedic implants can be designed to be geometrically similar to the bone tissue and structurally optimized to allow control of stiffness. Moreover, it is known that osseointegration depends, among other factors, of a continuous and biologically compatible compression force. In this context, the evaluation of the thermo-mechanical behavior of Ni-Ti SMA architected orthopedic fixators obtained by investment casting techniques is the motivation of this study based on numerical analysis. The aim is to start the feasibility evaluation of low-cost alternative technologies to manufacture Ni-Ti biomedical devices (implants). Therefore, in this work, some prototypes of architected orthopedic fixators such as Ni-Ti SMA bone staples, embracing and patellar concentrator were designed and analyzed numerically using the finite element method using the ANSYS commercial software, before moving on to the future production stage using investment casting. Pores (voids) of hexagonal, circular, diamond and reentrant topologies were inserted along the structure of fixator models, evaluating the influence of void topology on the mechanical response of each studied mechanical device in terms of variation of stiffness and force restriction as a function of relative density.
Keywords: Ligas com memória de forma
Ligas Ni-Ti
Simulação numérica
Estruturas celulares arquitetadas
Fixadores ortopédicos
Shape memory alloys
Ni-Ti alloys
Numerical simulation
Architected cellular structures
Arquitected orthopedic fixators
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Mecânica.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/21084
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Mecânica.

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
PAULO CÉSAR SALES DA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf5.09 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.