Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10348/8871
Título: Identificação das propriedades elásticas do tecido ósseo cortical usando o ensaio de Arcan modificado
Autor: Pereira, Nuno Miguel Alves Ferreira
Orientador: Xavier, José Manuel Cardoso
Pereira, Fábio André Magalhães
Palavras-chave: correlação digital de imagem
ensaios mecânicos
ensaio de Arcan modi cado
tecido ósseo cortical
método dos campos virtuais
Data: 19-Jul-2018
Resumo: O objetivo principal desta dissertação é realizar um estudo de sensibilidade, propondo uma nova cofiguração para o ensaio de Arcan (removendo os entalhes) de modo a identificar com um único ensaio todas as propriedades elásticas do tecido ósseo cortical no plano longitudinal tangencial (EL, ET , GLT e νLT ). Numericamente, foi desenvolvido um algoritmo de análise para obtenção de uma configuração adequada para o ensaio de Arcan modificado - sem entalhes - (comprimento entre as amarras (L) e ângulo de carregamento em relação ao eixo longitudinal do provete (θ)) considerando a simulação pelo método dos elementos finitos combinada com um método de identificação inverso, neste caso o método dos campos virtuais. Os resultados mostraram que: as propriedades elásticas podem ser identificadas em simultâneo numa única configuração de ensaio, expeto o termo associado ao coeficiente de Poisson (νLT ) ; as funções objetivo globais escolhidas não têm em conta as propriedades individuais, podendo conduzir a erros na sua identificação. Foram aplicados dois métodos para a determinação das derivadas parciais do campo dos deslocamentos, método de ajuste de uma função polinomial 2D a uma superfície e método baseado nas diferenças finitas. Estes métodos conseguiram identificar três propriedades elásticas (EL, ET , GLT ) a partir dos resultados numéricos. Experimentalmente, foram realizados ensaios mecânicos em provetes de tecido ósseo cortical de bovino, aplicando a geometria obtida pelo simulador numérico (L = 15 e θ = 45o ). Os campos de deformações e as tensões foram obtidos a partir da medição do campo de deslocamentos da zona entre amarras, fornecidos pela técnica de correlação digital de imagem, e a medição da carga aplicada durante o ensaio. Experimentalmente contudo foi apenas possível identificar com robustez o módulo de corte do material.
The main objective of this master's thesis is to carry out a sensitivity analysis, proposing a new configuration for the Modified Arcan test (removing the V-notches) in order to identify, in a single test configuration, all the elastic properties of cortical bone tissue in the longitudinaltangencial material plane (EL, ET , GLT e νLT ). Numerically, an algorithm was developed to analyse a suitable configuration for the modified Arcan test (length between load devices (L) and loading angle with respect to the longitudinal axis of the specimen (θ)) considering the simulation by the finite element method combined with an inverse identification method, so-called the virtual fields method. The results demonstrate that: the elastic properties can be identified simultaneously in a single test configuration, except for the term associated with the Poisson's ratio νLT ; the chosen global cost functions do not take into account the individual properties, which may lead to errors in their identification. Two methods were applied for the determination of the partial derivatives of the displacement fields, a least-squared regression analysis based on 2D polynomial functions and a finite diference method. These methods were able to identify three elastic properties (EL, ET , GLT ) from the numerical results. Experimentally, mechanical tests were performed on bovine cortical bone samples, with a Arcan test configuration obtained by the numerical simulator (L = 15 and θ = 45o ). The displacement and strains fields were obtained from full-field measurements across the whole region of interest by digital image correlation. Experimentally, however, just the shear modulus could be identified with suitable robustness and reproducibility.
Descrição: Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
URI: http://hdl.handle.net/10348/8871
Tipo de Documento: Dissertação de Mestrado
Aparece nas colecções:DENG - Dissertações de Mestrado
TD - Dissertações de Mestrado

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