Simulation of the mechanical behavior of stainless steel and Ti-6Al- 4V titanium alloy volar plates
| Autor: | Masiero, Lucas Verdan, verdanmasiero@gmail.com |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Bastos, Ivan Napoleão, Lima, Lucas Venancio Pires de Carvalho, Poiate Junior, Edgard, Abreu, Luiz Alberto da Silva, Costa, Hector Reynaldo Meneses |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2021 |
| Předmět: |
Aço inoxidável
Volar plate Placas metálicas Finite element method ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::MODELAGEM DE SISTEMAS BIOLOGICOS [ENGENHARIAS] Métodos de simulação Propriedades mecânicas Método dos elementos finitos Placa Volar Rigidez Stainless steel Stiffness Ligas de titânio Ossos Implantes artificiais Titanium alloy |
| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) instacron:UERJ |
| Popis: | Submitted by Pâmela CTC/E (pamela.flegr@uerj.br) on 2021-10-26T11:52:17Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Lucas Verdan Masiero - 2021 - Completa.pdf: 2411235 bytes, checksum: 58a3e61c4e139b679225eefc1acdd11a (MD5) Made available in DSpace on 2021-10-26T11:52:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Lucas Verdan Masiero - 2021 - Completa.pdf: 2411235 bytes, checksum: 58a3e61c4e139b679225eefc1acdd11a (MD5) Previous issue date: 2021-08-02 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Fractures in the distal region of the radius are the most frequent injuries to the human body. The treatment of these fractures through the use of volar plates has become popular in recent decades. The present work seeks to study, via finite elements, the mechanical behavior of a system composed of a fractured radius, a volar plate (one of 316L stainless steel and the other of Ti-6Al-4V alloy) and fixation screws, applying loads compressive and tractive. To obtain the radius geometry, an STL (Stereolithography) file was used in a database, containing the external surface of the bone. The inner surface was generated by offsetting the outer surface. Each of the surfaces was formed by areas, which together generated the volumes that came to form the different parts of the bone. The volar plate was defined by splines that connected the key points to form the implant contour. The screws were represented by beam elements of 2.8 mm in diameter. Traction and compression simulations were carried out with the structure composed of the radius, the volar plate and the fixation screws, with loads of at most 600 N. However, for the calculation of stiffness, loads of up to 300 N were considered, following the norms ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists, USA) and NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health, USA). There was a difference of 5.5% between the simulated models. Furthermore, there was a considerable influence of the implant material and the type of loading imposed in relation to the magnitude of the system's rigidity. The titanium alloy plate proved to be safer than the stainless steel one, due to the fact that the former did not enter the plastic deformation regime. In addition, for both systems, two stiffness values were found (initial and final), and for the titanium plate the final stiffness was higher than the stiffness of the stainless steel plate, while for the initial stiffness the opposite was observed, since for loads above 300 N the stainless steel entered the permanent deformation regime. As fraturas na região distal do rádio são as lesões mais frequentes do corpo humano. O tratamento destas fraturas por meio do uso de placas volares tem se popularizando nas últimas décadas. O presente trabalho busca estudar, via elementos finitos, o comportamento mecânico de um sistema composto por um rádio fraturado, uma placa volar (uma de aço inoxidável 316L e outra de liga Ti-6Al-4V) e parafusos de fixação, aplicando-se cargas compressivas e trativas. Para a obtenção da geometria do rádio, utilizou-se um arquivo STL (Stereolithography) de em um banco de dados, contendo a superfície externa do osso. A superfície interna foi gerada pelo offset da superfície externa. Cada uma das superfícies foi formada por áreas, que unidas geraram os volumes que vinham a formar as diferentes partes do osso. A placa volar foi definida por splines que ligavam os pontos chaves para formar o contorno do implante. Os parafusos foram representados por elementos de viga de 2,8 mm de diâmetro. Realizaram-se simulações de tração e compressão com a estrutura composta pelo rádio, pela placa volar e pelos parafusos de fixação, com cargas de no máximo 600 N. Entretanto, para o cálculo da rigidez foram consideradas cargas de até 300 N, seguindo as normas do ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists, USA) e do NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health, USA). Houve uma diferença de 5,5% entre os modelos simulados. Ademais, notou-se uma considerável influência do material do implante e do tipo de carregamento imposto em relação à magnitude da rigidez do sistema. A placa de liga de titânio mostrou-se mais segura que a de aço inoxidável, devido ao fato de que a primeira não entrou no regime plástico de deformação. Além disso, ressalta-se para ambos os sistemas foram encontrados dois valores de rigidez (inicial e final), sendo que para a placa de titânio a rigidez final foi superior a rigidez da placa de aço inoxidável, sendo que para a rigidez inicial o oposto foi observado, já que para cargas acima de 300 N o aço inoxidável entrou no regime de deformação permanente. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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