Comportamento à Fractura em Modo I do Tecido Ósseo Cortical

Data
2009
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Resumo
Este projecto tem por objectivo contribuir para um maior conhecimento sobre a fractura do tecido ósseo cortical em modo I. Para o efeito, foram realizados ensaios de fractura double cantilever beam (DCB) em amostras de tecido cortical de bovino jovem (com cerca de 8 meses), hidratadas e desidratadas. Os resultados obtidos revelaram o papel fundamental da água nos mecanismos de tenacidade, provavelmente através do colagénio. Foram realizadas simulações numéricas, pelo método dos elementos finito, para estudar a adequação de alguns ensaios mecânicos ao tecido ósseo, com bons resultados. A microestrutura do tecido ósseo foi analisada nas três direcções principais de simetria do material, por microscopia óptica resultando uma correcta visualização da microestrutura adulta, tecido osteonal, e do tecido plexiforme característico de tecidos jovens, em crescimento. No sentido de avaliar o efeito das condições de hidratação no comportamento à fractura do tecido, foram realizados ensaios DCB, ensaios de flexão em três pontos, ensaios de tracção, medições de microdureza Vickers, análises gravimétricas, análises térmicas, análises por espectroscopia, medições do teor de porosidades por microscopia óptica e análise de superfícies de fractura por microscopia electrónica de varrimento. Da análise global dos resultados ficou demonstrado o importante papel que a água desempenha no comportamento mecânico do tecido ósseo.
The aim of this project is to increase the knowledge about fracture under tension (mode I) for femur bovine cortical bone. Hence, double cantilever beam (DCB) tests were performed on hydrated and dehydrated young bovine femur specimens (approximately 8 months of age). The results revealed a crucial influence of water in the mechanical behavior, probably due to collagen. Numerical simulations have been made to access for the adequacy of the mechanical tests to evaluate fracture parameters in bone. Microstructure analyses have been performed in three principal symmetry directions of bone, by means of optical microscopy to acquire a correct visualization of adult microstructure, osteonal cortical bone and plexiform bone, characteristic of young growing tissues. In order to evaluate the effect of the hydrated conditions in bone fracture mechanical behavior, different mechanical tests were performed: DCB, three point bending tests and traction tests. Additionally, Vickers micro hardness, gravimetric analysis, thermal analysis, spectroscopy analysis, porosity measurement by optical microscopy and fracture surfaces using scanning electron microscopy (SEM). In general, the results reveal the important function of water in the mechanical behavior of bone.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
Palavras-chave
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