This study was intended to establish which polymer material is best suited as the material for bushes used in high force small oscillating angular contact applications as typically found in a large sugar mill coupling. A Tribometer as well as a designed and manufactured Bearing Testing Machine, which simulates and accelerates the wear caused in the intended application, was used to determine the wear rates and coefficients of friction for seven polymer materials. Materials were selected for their superior mechanical and thermal properties. The Tribometer was fitted with a linear reciprocating rig, so as to simulate the small oscillating movement prevalent in the intended application. Each Tribometer test ran for a duration of two hours with a frequency of 33.1 Herts and a normal loading of 40N. Bearing Testing Machine tests were done under similar constraints but with 30kN loading present on the surface of a bushes inner race. These tests had a longer duration of 24 or 48 hours or until intense wearing occurred. Initially both testing methods will be analysed independently of each other in order to try and identify a relationship between the wear rate and coefficient of friction for the different polymers. The different testing methods’ results will be compared to each other in order to establish if a correlation between the materials tested could be found.

Thesis (MScEng)-- Stellenbosch University, 2013. / ENGLISH ABSTRACT: A wide variety of design methodologies exist in literature and the methodologies employed may differ among companies and even among design teams. Therefore a software tool, called DiDeas II, is being developed for the early phases of mechanical engineering design. DiDeas II is customisable to accommodate various design methodologies. An approach for customisability which allows the user interface and data structure to be customised without changing the source code has been implemented in previous developments via an approach combining ontology and conceptual graphs. This approach is expanded in this thesis to allow for the implementation of various design methodologies through the use of tables for the display of information with inheritance of data among these tables. During groupwork, communication is both asynchronous and synchronous. DiDeas II has been developed in this thesis to facilitate and capture both asynchronous and synchronous communication between team members. Capturing such communications has the potential to provide insight into design decisions. The communication functionality was assessed in case studies in an academic environment. DiDeas II proved to be effective at recording “soft” information during design and placing the information into context for future reference. The degree to which DiDeas II could be customised to suit the design process at different companies was assessed through discussions with engineers in industry. These discussions showed that it was possible to customise DiDeas II according to the design processes followed by the participants. / AFRIKAANSE OPSOMMING: „n Wye verskeidenheid ontwerpsmetodologieë bestaan in die literatuur en die metodologieë wat gebruik word kan tussen maatskappye en selfs tussen ontwerpspanne verskil. Daarom word „n sagteware-hulpmiddel, genaamd DiDeas II, ontwikkel vir die vroeë fases van meganiese ingenieursontwerp. DiDeas II is pasbaar om voorsiening te maak vir verskeie ontwerpsmetodologieë. „n Benadering vir pasbaarheid wat toelaat dat die gebruikerskoppelvlak en datastruktuur aangepas kan word sonder om veranderings aan die bron-kode te maak, is geïmplementeer in vorige ontwikkelings deur „n benadering wat ontologie en konseptuele grafieke kombineer. Hierdie benadering is in hierdie tesis uitgebrei om voorsiening te maak vir die implementering van verskeie ontwerpsmetodologieë d.m.v. tabelle vir die vertoon van informasie, met data wat “oorgeërf” word tussen hierdie tabelle. Kommunikasie is beide asinkroon en sinkroon tydens groepwerk. DiDeas II is in hierdie tesis verder ontwikkel om beide asinkrone en sinkrone kommunikasie metodes te bemiddel en daarvan rekord te hou. Die rekordhouding van sulke kommunikasie het die potensiaal om insig te bied aangaande ontwerpbesluite. Die kommunikasie funksionaliteit is geassesseer in gevallestudies in „n akademiese omgewing. DiDeas II was effektief in die rekordhouding van “sagte” informasie tydens ontwerp, sowel as om sulke informasie binne konteks te plaas vir latere verwysing. Die mate waartoe DiDeas II aangepas kan word om voorsiening te maak vir die ontwerpsprosesse van verskillende maatskappye, is geassesseer deur gesprekke met ingenieurs in industrie. Hierdie gesprekke het getoon dat dit moontlik is om DiDeas II aan te pas volgens die ontwerpsprosesse wat die deelnemers gebruik.

Thesis (MScIng)--University of Stellenbosch, 2007. / ENGLISH ABSTRACT: SHCC (Strain-Hardening Cement-based Composite) is a type of HPFRCC (High Performance Fibre Reinforced Cement-based Composite) that was designed and engineered to overcome the weaknesses of ordinary concrete. It shows a high ductility as it can resist the full tensile load at a strain of more than 3%. This superior response is achieved with multiple cracking under tensile loading which has a pseudo strain-hardening phenomenon as a result. The purpose of the research project reported in this thesis document was to design and build a new piston-driven extruder for the production of SHCC as well as R/SHCC (reinforced SHCC) elements and to investigate and characterise the structural and mechanical behaviour of extrusion moulded SHCC. A new piston-driven extruder, specifically for academic purposes, was designed based on the principles of fluid flow mechanics. Although fluid flow is not an ideal model to represent the flow of viscous material through an extruder, it was deemed sufficient for this specific study. A new extruder with the capacity to extrude SHCC and R/SHCC was built. Provision was made that this extruder can be fitted with extruder dies and transition zones of varying shapes and sizes. A comparative study between unreinforced as well as reinforced cast SHCC and extruded SHCC as well as a suitable R/C (Reinforced Concrete) was conducted. Three-point bending tests, representative of the envisioned structural application, were performed on specimens of each of the composites. The unreinforced cast SHCC and especially the unreinforced extruded SHCC have a comparative level of performance to the cast R/C. These specimens displayed a similar cracking pattern of multiple cracks, although less pronounced in the extruded SHCC. The extruded SHCC has superior first cracking and ultimate strength in comparison to cast SHCC, but with accompanying lower ductility. The reinforced SHCC specimens failed in a combination of flexure and shear. The extruded R/SHCC specimens formed multiple diagonal cracks before failure, while the cast R/SHCC specimens formed only a few diagonal cracks, before delaminating along the reinforcement. The higher shear capacity and thus the ability to form multiple diagonal cracks of the extruded R/SHCC can be ascribed to the better fibre orientation of the specimens in the longitudinal direction, while the cast specimens have a random orientation of fibres. R/SHCC and especially extruded R/SHCC could be a far superior structural material to R/C. Mechanical characterisation of extruded SHCC was done with the use of uni-axial tensile and compressive tests. The results of these tests were compared with the results of uni-axial tensile tests previously performed on cast SHCC as well as uni-axial compressive tests that were performed on cast SHCC in this research study. The extruded SHCC displayed superior tensile performance in terms of first cracking and ultimate strength in comparison to cast SHCC, but with accompanying lower ductility. In terms of compressive performance the extruded SHCC has a higher ultimate strength, but with a lower ductility than cast SHCC. The extruded SHCC also has a much higher E-modulus than cast SHCC. This can partly be attributed to the difference between the water/binder ratios of the cast and extruded SHCC, but can mainly be ascribed to the lower porosity as a result of high extrusion forces involved in the manufacturing of extruded SHCC. A simple bending model for SHCC has also been introduced. This model is based on the mechanical characteristics of SHCC. The model somewhat underestimates the resistance moment of the extruded and cast SHCC, but this underestimation is more pronounced in the case of the cast SHCC. Various reasons for the underestimation is discussed, but it is postulated that the main reason for the difference in experimentally determined and the calculated resistance moment of the cast SHCC is the possible variation in ingredient properties and specimen preparation and testing, since the characterisation of the cast SHCC was done over a long period of time and by different researchers. The bending model is however deemed sufficient for the design purposes of SHCC. / AFRIKAANSE OPSOMMING: SHCC (“Strain-Hardening Cement-based Composite”) is ‘n tipe HPFRCC (“High Performance Fibre Reinforced Cement-based Composite”) wat ontwerp is om die swakhede van gewone beton te oorkom. Hierdie materiaal het ‘n hoë duktiliteit en kan die volle trekkrag weerstaan met ‘n vervorming van meer as 3%. Hierdie uitstaande gedrag word gekenmerk deur meerdere krake wat vorm gedurende ‘n trek belasting wat vervormingsverharding tot gevolg het. Die doel van die navorsingsprojek wat weergegee word in hierdie tesis dokument was om ‘n nuwe suier-aangedrewe ekstrueerder vir die produksie van SHCC sowel as R/SHCC (bewapende SHCC) te ontwerp en te bou en om die strukturele en meganiese gedrag van ge-ekstrueerde SHCC te ondersoek en te karakteriseer. ‘n Nuwe suier-aangedrewe ekstrueerder, spesifiek for akademiese doeleindes, is ontwerp gebaseer op die beginsels van vloeistof vloeimeganika. Alhoewel vloeistof vloeimeganika nie ‘n ideale model is vir die voorstelling van die vloei van ‘n viskose materiaal deur ‘n ekstrueerder nie, word dit beskou as aanvaarbaar vir die doeleindes van hierdie spesifieke studie. ‘n Nuwe ekstrueerder met die kapasiteit om SHCC en R/SHCC te ekstrueer is gebou. Voorsiening is ook gemaak dat ekstrueerder vorms (“dies”) en oorgangsones van verskillende vorms en groottes aan die ekstrueerder geheg kan word. ‘n Vergelykende studie tussen onbewapende sowel as bewapende gegote en ge-ekstrueerde SHCC, sowel as ‘n gepasde R/C (“Reinforced Concrete”) is uitgevoer. Drie-punt buigtoetse, verteenwoordigend van die voorgestelde strukturele toepassings vir SHCC, is uitgevoer op proefstukke van elk van die bogenoemde materiale. Die meganiese gedrag van die onbewapende gegote SHCC en spesifiek die onbewapende geekstrueerde SHCC is vergelykbaar met die meganiese gedrag van gegote R/C. Hierdie proefstukke het ooreenstemmende kraakpatrone van veelvuldige krake getoon, alhoewel dit minder prominent was in die geval van ge-ekstrueerde SHCC. Die ge-ekstrueerde SHCC het hoër eerste kraak- en maksimum sterktes in vergelyking met gegote SHCC, maar met gepaardgaande laer duktiliteit. Die bewapende SHCC proefstukke het in ‘n kombinasie van buig en skuif gefaal. Die geekstrueerde R/SHCC proefstukke het meerdere diagonale krake gevorm voor faling, terwyl die gegote R/SHCC proefstukke slegs ‘n paar diagonale krake gevorm het, voordat dit langs die bewapening gedelamineer het. Die hoër skuifkapasiteit van ge-ekstrueerde SHCC en dus die vermoë om meerdere diagonale krake te vorm, kan toegeskryf word aan die longitudinale orientasie van vesels van die proefstukke, terwyl gegote proefstukke se vesels meer lukraak georienteerd is. R/SHCC en spesifiek ge-ekstrueerde R/SHCC kan‘n superieure strukturele materiaal in vergelyking met R/C wees. Die meganiese karakterisering van ge-ekstrueerde SHCC is gedoen met die gebruik van direkte trek- en druktoetse. The resultate van die hierdie toetse is vergelyk met die resultate van direkte trektoetse uit ‘n vorige studie op gegote SHCC,, sowel as met die uitslae van direkte druktoetse wat op gegote SHCC in hierdie navorsingstudie gedoen is. Die ge-ekstrueerde SHCC het superieure trekgedrag in terme van eerste kraak en maksimum sterktes in vergelyking met gegote SHCC getoon, maar met gepaardgaande laer duktiliteit. In terme van drukgedrag het die ge-ekstrueerde SHCC ‘n hoër maksimum druksterkte, maar met ‘n laer duktiliteit in vergelyking met die gegote SHCC. Die ge-ekstrueerde SHCC het ook ‘n veel hoër Emodulus as gegote SHCC. Dit is gedeeltelik as gevolg van die verskil in die water/binder verhouding van die gegote en ge-ekstrueerde SHCC, maar kan grootliks toegeskryf word aan die laer porositeit van ge-ekstrueerde SHCC as gevolg van die hoë ekstrusie kragte. ‘n Eenvoudige buigmodel vir SHCC word ook voorgestel. Hierdie model is geabseer op die meganiese gedrag van SHCC. Die model onderskat die weerstandsmoment van ge-ekstrueerde SHCC sowel as gegote SHCC, maar hierdie onderskatting is meer prominent in die geval van gegote SHCC. Verskeie redes vir hierdie onderskatting word genoem, maar dit word beweer dat in die geval van gegote SHCC dit grootliks as gevolg van moontlike variasies in die materiaal eienskappe en proefstukke se voorbereiding en toetsing is, aangesien die karakterisering van die gegote SHCC oor ‘n lang tydperk en deur verskillende navorsers gedoen is. Die buigmodel word nogtans as voldoende beskou vir die ontwerpdoeleinde van SHCC.

No description available.

No description available.

Denna tekniska rapport beskriver en undersökning av hållfastheten på ett lyftdon, mekanisktsäcklyft. Produkten finns idag men har ej genomgått en hållfasthetsanalys. Därför är det osäkert hur mycket last den egentligen klarar av utan att plasticera. Företaget Lifts all som är uppdragsgivare specificerar idag att lyftdonet klarar att lyfta en last på 75 kg med tvåfaldig säkerhet. Därför undersöks hur mycket som kan lyftas med tvåfaldig säkerhet och var i strukturen den kritiska punkten finns. Rapporten visar hur stor säkerhetsfaktor som finns i systemet i dag. Alla komponenterna har analyserats med finita elementmetoden i programmet ANSYS där 3D modellerna skapats i Solid Edge ST9. Randvillkoren som applicerades kommer från jämnviktsberäkningar som lösts analytiskt i MATLAB. Resultatet av analysen blev att den befintliga produkten är säkerhetsfaktorn 2.79 och att den kan lyfta 105 kg med tvåfaldig säkerhet enligt resultaten från de analytiska beräkningarna samt att den kritiska punkten är vid det mittersta hålet på den längre länkarmen. / This technical report evaluates the solid mechanics of a hoist, mechanical sack lift. Theproduct is available for costumers, but it has not been evaluated from a solid mechanic perspective. Today the hoist is told to be able to lift 75kg with a safety factor of 2, but it is uncertain if that is correct. There for it was evaluated. The report shows the safety factor for each component. It has been evaluated with FE-analysist in the program ANSYS and the used 3D models are created in Solid Edge ST9. The boundary conditions were evaluated with equilibrium equations solved analytically with MATLAB. The results of the analysis showed that the occurring safety factor on the product is 2.79 and that it has the ability to lift 105kg with a safety factor of 2. The weakest point of theconstruction is the centred whole on the “Lankarm lang”.

La discapacitat visual és una greu amenaça que limita la capacitat de les persones per comunicar-se. Amb els anys, s’han explorat diverses propostes tecnològiques basades tan en estímuls auditius com tàctils per aportar solucions reals a la gent que pateix aquest tipus de discapacitat. Entre les més rellevants destaquen les tècniques d’audiodescripció i els dispositius Braille basats en actuació piezoelèctrica, que són els que actualment es troben al mercat. A dia d’avui, al vell mig de la cursa tecnològica, hi ha una demanda creixent de comunicació rica i fluida mitjançant el tacte. Tan és així que la majoria interruptors, botons i tecles de gran part dels dispositius electrònics del nostre entorn estan essent substituïts per pantalles tàctils, afegint barreres físiques i augmentant les dificultats de comunicació de les persones cegues. Noves generacions de materials, principalment els polímers, han despertat un gran interès en els darrers anys gràcies a les seves atractives propietats, que poden adaptar-se a la carta en funció de les necessitats. De tots ells, els elastòmers de cristalls líquids, LCE, en són un clar exemple. Els LCE tenen la capacitat intrínseca d’auto-organitzar-se a nivell molecular, desencadenant canvis controlats i totalment reversibles en les seves dimensions a escala macroscòpica, en resposta a diversos tipus d’estímuls externs; canvis que poden adaptar-se per desenvolupar actuadors capaços de produir tan esforços mecànics de tracció com d’empenta. La recerca presentada en aquesta tesi descriu les principals característiques dels LCE des del punt de vista de l’enginyeria i discuteix les seves possibles aplicacions com a actuadors, amb el principal objectiu d’aportar solucions innovadores als actuals sistemes tàctils, a partir del disseny, fabricació i caracterització de diferents actuadors basats en aquests materials i la seva foto-actuació a partir de llum visible. Propostes que combinen tècniques de processament de materials i tecnologia de microsistemes per aportar solucions tecnològiques innovadores cap a una nova generació d’actuadors intel·ligents. / La discapacidad visual es una grave amenaza que limita la capacidad de las personas para comunicarse. Con los años. Se han explorado diversas propuestas tecnológicas basadas tanto en estímulos auditivas como en estímulos táctiles para aportar soluciones reales al colectivo que sufre este tipo de discapacidad. Entre las más relevantes destacan las técnicas de audio descripción y los dispositivos Braille basados en actuación piezoeléctrica, que son los que actualmente se encuentran en el mercado. A día de hoy, en medio de la carrera tecnológica, hay una demanda creciente de comunicación rica y fluida a través del tacto. Tanto es así que la mayoría de los interruptores, botones y teclas de gran parte de los dispositivos electrónicos a nuestro alcance están siendo reemplazados por pantallas táctiles, añadiendo barreras físicas y aumentando las dificultades de comunicación de las personas ciegas. Nuevas generaciones de materiales, principalmente los polímeros, han despertado un gran interés en los últimos años gracias a sus atractivas propiedades, que pueden adaptarse a la carta en función de las necesidades. De todos ellos, los elastómeros de cristales líquidos, LCE, son un claro ejemplo. Los LCE tienen la capacidad intrínseca de auto-organizarse a nivel molecular, produciendo cambios controlados y totalmente reversibles de sus dimensiones a escala macroscópica, en respuesta a varios tipos de estímulos externos; cambios que pueden adaptarse a demanda para desarrollar actuadores capaces de producir distintos tipos de esfuerzos mecánicos de tracción. La investigación recogida y presentada en este documento de tesis describe las principales características de los LCE desde el punto de vista de la ingeniería y discute sus posibles aplicaciones cómo actuadores, con el principal objetivo de aportar soluciones innovadoras a los actuales sistemas táctiles, a partir del diseño, fabricación y caracterización de distintos actuadores basados en estos materiales y su foto-actuación a partir de luz visible. Propuestas que combinan técnicas de procesado de materiales y tecnología de microsistemas para aportar soluciones tecnológicas innovadoras hacia una nueva generación de actuadores inteligentes. / Visual disability is a serious threat that limits the persons’ ability to communicate. Over the years several attempts for the development of technologies based on audio and tactile stimuli have been explored to provide real solutions to individuals with this disability. Among them, audio description techniques and Braille devices based on piezoelectric actuation are the most relevant solutions on the market. Nowadays, with all the technological improvements, there is a growing demand for rich communication through touch. Thus switches, buttons and keyboards of most commonly used electrical devices are being replaced by tactile displays, adding new physical barriers and increasing communications difficulties of blind people. New generation of materials, especially soft polymer composites, have been of increased interest in the last few years due to their many attractive properties, which can be tailored on demand to achieve a broad range of requirements. Liquid-crystalline elastomers, LCE, are a clear example. Such materials possess the intrinsic ability to self-organize at molecular level resulting in a controllable and fully reversible change on their dimensions at macroscale in response to applied external stimuli, which can be easily adapted to make actuators producing pulling or pushing forces. The research presented in this thesis describes the main characteristics of LCE materials from engineering point of view and discusses their potential applications as actuators with the main objective to provide innovative solutions towards current tactile available systems, through the design, fabrication and characterization of different actuator approaches based on these interesting elastomeric materials and their photo-induced actuation using visible light. Novel approaches combining material processing techniques and microsystems technology to provide original solutions towards a new generation of smart actuators.

No description available.

[EN] Bone fracture is a social health problem of increasing magnitude because of its prevalence in aged population due to osteoporosis. Bone quality is often characterized by bone mineral density (BMD) measured at cancellous bone regions using dual-energy X-ray absorptiometry (DXA). However, BMD alone cannot predict several cases because not only density is important, but also microstructure plays an important role in cancellous bone strength. The mechanical properties can be used as indicators of bone integrity as a function of age, disease or treatment. Therefore, cancellous bone fracture characterization and its relationship to microstructure has not been completely solved in the literature and is relevant to improve fracture prediction. In this thesis, we aim at characterizing cancellous bone morphometry and mechanical behavior. Morphometry is estimated through the analysis of micro-computed tomography (micro-CT) images of vertebral cancellous bone specimens. With regards to the mechanical behavior, we calculate elastic, yield and failure properties at the apparent and tissue levels. To determine them, we followed different approaches: compression tests, finite element models and micro-CT phantoms. We have developed finite element models that reproduce the elastic and failure response of cancellous bone under compression conditions. We modeled failure as a combination of continuum damage mechanics and the element deletion technique. The numerical models permitted to estimate elastic and failure properties. Failure properties were consistent with results reported in the literature. Specifically, our results revealed that yield strain is relatively constant (0.7 %) over a range of apparent densities, while failure strain presents a wider range of variation. A single strain parameter (equivalent strain) was found as an accurate descriptor of cancellous bone compression failure. Image-based numerical models usually need for the action of a technician to segment the images. Therefore, we studied the sensitivity to variations of the segmentation threshold on the morphometry and the elastic properties of vertebral cancellous bone specimens of different bone volume fractions. The apparent modulus is highly sensitive to the segmentation threshold. We report variations between 45 and 120 % for a ± 15 % threshold variation. Other parameters, such as BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D and fractal dimension were influenced significantly. Digital image correlation (DIC) was applied to images taken during compression testing to analyze displacement fields at failure and characterize them. Some variables were explored to describe failure and a study is done about how DIC parameters influence the strain field obtained. Facet and step sizes have a relevant effect on the failure strain estimation, and an increment of both parameters reduces the strain estimation up to 40 %. Besides, several parameters combination led to correct failure pattern detection, so values reported in the literature should be referred to the parameters used. Furthermore, we explored if cancellous bone microstructure acts (non-speckle/texture approach) as a proper pattern to calculate displacements using DIC technique. As regards relationships between microstructure and mechanics, single and multiple parameter analysis were performed to assess the morphometric variables that control the explanation of mechanical properties variation. Bone volume fraction (BV/TV), bone surface to volume ratio (BS/BV), mean trabecular thickness (Tb.Th) and fractal dimension (D) presented the best linear correlations to the elastic properties, while both the yield and failure strains did not show correlation to any morphometric parameter. The regressions obtained permit to estimate those mechanical properties that describe the state of a specimen. / [ES] Las fracturas óseas constituyen un problema social de salud con magnitud creciente por su prevalencia en la población de edad avanzada debido a la osteoporosis. La calidad del hueso suele caracterizarse mediante la estimación de la densidad mineral ósea (DMO) en regiones de hueso trabecular, utilizando absorciometría de rayos X de energía dual (DXA). No obstante, la DMO por si sola no es capaz de predecir numerosos casos de fractura porque no solo importa la pérdida de densidad, sino que la microestructura también tiene un papel principal en la resistencia del hueso. Las propiedades mecánicas del hueso pueden usarse como indicadores de su integridad en función de la edad, enfermedad o tratamiento. Por lo tanto, la caracterización de la fractura de hueso trabecular y su relación con la microestructura no se ha resuelto de forma completa en la literatura y es relevante para mejorar las predicciones de fractura. En esta tesis, nuestro principal objetivo es caracterizar la morfometría y el comportamiento mecánico del hueso trabecular. Estimamos la morfometría a través del análisis de imágenes obtenidas por micro tomografía computerizada (micro-CT) de muestras de hueso trabecular vertebral de cerdo. Respecto al comportamiento mecánico, calculamos propiedades elásticas, de plasticidad y fractura a escala aparente y de tejido. Para determinar esas propiedades, hemos seguido diferentes procedimientos: ensayos a compresión, modelos de elementos finitos y fantomas de calibración micro-CT. Los modelos de elementos finitos desarrollados reproducen la respuesta elástica y de fallo bajo condiciones de compresión en hueso trabecular, modelando el fallo como combinación de mecánica del daño contínuo y la técnica de eliminación de elementos. Los modelos numéricos desarrollados han permitido estimar propiedades elásticas y de fallo. En concreto, las deformaciones de inicio de fallo estimadas son relativamente constantes para las muestras analizadas (0.7 %), mientras que las deformaciones últimas de fallo presentan un rango de variación mayor. Por otro lado, encontramos que la deformación equivalente es el descriptor más preciso del fallo a compresión del hueso trabecular. Normalmente, los modelos numéricos basados en imágenes suelen necesitar la acción de un técnico para segmentar las imágenes. En este sentido, estudiamos la sensibilidad de la morfometría y la estimación de propiedades elásticas ante variaciones en el umbral de segmentación en muestras con distinta fracción en volumen. Hemos obtenido que la rigidez aparente es muy sensible a cambios en el umbral de segmentación, con variaciones entre 45 y 120 % para una variación de ± 15 % del umbral de segmentación. Otros parámetros, como BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D y la dimensión fractal se ven afectados significativamente. Por otro lado, hemos aplicado la técnica correlación digital por imagen (DIC) para caracterizar campos de desplazamientos en el fallo a compresión del hueso trabecular, a partir del análisis de imágenes tomadas durante el ensayo de las muestras. Además, estudiamos la influencia de algunos parámetros de la técnica DIC en el campo de deformaciones obtenido. También, hemos explorado la aplicación DIC sin el uso de moteado, utilizando como patrón de reconocimiento la propia microestructura trabecular. En relación al estudio de la influencia de la microestructura en la respuesta mecánica, hemos calculado correlaciones de uno y varios parámetros para analizar qué variables morfométricas explican la variación de las propiedades mecánicas. La fracción en volumen de hueso (BV/TV), la relación entre el área y el volumen de hueso (BS/BV), el espesor trabecular medio (Tb.Th) y la dimensión fractal (D) presentan las mejores correlaciones lineales respecto a las propiedades elásticas, mientras que las deformaciones de inicio de plasticidad y fractura no mostraron correlación con ningún parámetro morfométrico. / [CA] Les fractures òssies constitueixen un problema social de salut amb magnitud creixent per la seua prevalença en la població d'edat avançada a causa de l'osteoporosi. La qualitat de l'os sol caracteritzar-se mitjançant l'estimació de la densitat mineral òssia (DMO) en regions d'os trabecular, utilitzant absorciometria de raigs X d'energia dual (DXA). No obstant això, la DMO per si sola no és capaç de predir nombrosos casos de fractura perquè no sols importa la pèrdua de densitat, sinó que la microestructura també té un paper principal en la resistència de l'os. Les propietats mecàniques de l'os poden usar-se com a indicadors de la seua integritat en funció de l'edat, malaltia o tractament. Per tant, la caracterització de la fractura d'os trabecular i la seua relació amb la microestructura no s'ha resolt de manera completa en la literatura i és rellevant per a millorar les prediccions de fractura. En aquesta tesi, el nostre principal objectiu és caracteritzar la morfometria i el comportament mecànic de l'os trabecular. Estimem la morfometria a través de l'anàlisi d'imatges obtingudes per micro tomografia automatitzada (micro-CT) de mostres d'os trabecular vertebral de porc. Respecte al comportament mecànic, calculem propietats elàstiques, de plasticitat i fractura a escala aparent i de teixit. Per a determinar aqueixes propietats, hem seguit diferents procediments: assajos a compressió, models d'elements finits i fantomas de calibratge micro-CT. Hem desenvolupat models d'elements finits que reprodueixen la resposta elàstica i de fallada sota condicions de compressió en os trabecular, modelant la fallada com a combinació de mecànica del dany continu i la tècnica d'eliminació d'elements. Els models numèrics desenvolupats han permés estimar propietats elàstiques i de fallada. Les nostres estimacions respecte a propietats de fallada són consistents amb valors reportats en la literatura. En concret, les deformacions d'inici de fallada estimades són relativament constants per a les mostres analitzades (0.7 %), mentre que les deformacions últimes de fallada presenten un rang de variació major. D'altra banda, trobem que la deformació equivalent és el descriptor més precís de la fallada a compressió de l'os trabecular. Els models numèrics basats en imatges solen necessitar l'acció d'un tècnic per a segmentar les imatges. En aquest sentit, estudiem la sensibilitat de la morfometria i l'estimació de propietats elàstiques davant variacions en el llindar de segmentació en mostres amb diferent fracció en volum. Hem obtingut que la rigidesa aparent és molt sensible a canvis en el llindar de segmentació, amb variacions entre 45 i 120 % per a una variació de ± 15 % del llindar de segmentació. Altres paràmetres, com BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D i la dimensió fractal es veuen afectats significativament. D'altra banda, hem aplicat la tècnica correlació digital per imatge (DIC) per a caracteritzar camps de desplaçaments en la fallada a compressió de l'os trabecular, a partir de l'anàlisi d'imatges preses durant l'assaig de les mostres. A més, estudiem la influència d'alguns paràmetres de la tècnica DIC en el camp de deformacions obtingut. També, hem explorat l'aplicació DIC sense l'ús de clapejat, utilitzant com a patró de reconeixement la pròpia microestructura trabecular. En relació a l'estudi de la influència de la microestructura en la resposta mecànica, hem calculat correlacions d'un i diversos paràmetres per a analitzar quines variables morfomètriques expliquen la variació de les propietats mecàniques. La fracció en volum d'os (BV/TV), la relació entre l'àrea i el volum d'os (BS/BV), la espessor trabecular mitjà (Tb.th) i la dimensió fractal (D) presenten les millors correlacions lineals respecte a les propietats elàstiques, mentre que les deformacions d'inici de plasticitat i fractura no van mostrar correlació amb cap paràmetre morfomètric. / Belda González, R. (2020). Mechanical and morphometric characterization of cancellous bone [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149376

Thesis (doctoral)--Katholieke Universiteit te Nijmegen, 1988. / Text in English with a summary in Dutch. "Een wetenschappelijke proeve op het gebied van geneeskunde en tandheelkunde"--T.p. Includes bibliographical references.