Componentes de próteses e órteses humanas devem ser confortáveis, capazes de realizar as funções esperadas e, mais do que tudo, confiáveis. O foco deste trabalho é no desenvolvimento e aplicação de uma metodologia de análise de parafusos cirúrgicos. Para tanto foi desenvolvido um aparato mecânico, que consiste em um atuador de torque e um sistema de aquisição de dados. O atuador, composto por um motor elétrico acoplado a um redutor, aplica torque sobre o parafuso em teste, que o transfere a uma célula de carga e, assim, ao sistema de aquisição de dados. Parafusos canulados de aço inoxidável e corticais de titânio, de diferentes fabricantes, foram testados para torque de inserção e remoção, torque máximo e ângulo de ruptura. Os resultados mostraram que, apesar de todos os parafusos canulados seguirem os padrões recomendados, foram encontradas dispersões significativas entre os resultados verificados para os parafusos corticais de titânio, o que indica problemas de material ou manufatura. Os resultados mostraram valores mais elevados para torque de remoção que de inserção, o que, apesar de esperado, não é um efeito desejável, uma vez que facilita a fratura após a convalescência do paciente, em uma eventual remoção do parafuso. A análise dos resultados mostra a eficiência da metodologia desenvolvida, e chama a atenção para a confiabilidade dos componentes de órteses e próteses. / Human orthotic device components must be comfortable, able to execute the expected functions and, most of everything reliable. The focus of this work is the development and application of a surgical screw resistance analysis methodology. For this, a mechanical apparatus, consisting of a torque actuator and a data acquisition system was developed. The actuator, composed by an electric engine and reducer, applied torque on the tested screw, who transfers it to a load cell, especially developed, and thus to the data acquisition system. Cortical titanium and cannulated stainless steel bone screws were tested, from different manufacturers, for insertion and removal torque, maximum torque and rupture angle. The results showed that, despite that all cannulated screws had followed the recommended standards, it was found significant dispersion among the results for titanium cortical screws, which indicates manufacturing or material defects. Results also showed that removal torque was always higher than insertion torque. This is an undesirable, yet expected, effect, once fractures may come to happen after the healing of the patient, or even on the occasion of a substitution. The analysis showed the efficiency of the methodology developed, and opens a point of discussion on orthotic reliability.

Placa óssea é o nome designado para os implantes sintéticos utilizados como suporte – a fim de auxiliar na consolidação óssea − quando por algum motivo ocorrer fratura do sistema ósseo do corpo humano. Esta tese investiga o comportamento em fadiga de placas ósseas, do tipo DCP (Dynamic Compression Plate), utilizadas no tratamento de fraturas do fêmur, fabricadas em aço inoxidável e submetidas a condições pré-operatórias. A deformação pré-operatória é uma prática comum realizada antes da operação cirúrgica, a qual consiste no encurvamento do componente, com o objetivo de ajustar a placa à anatomia do osso, aumentando a compressão nos ossos fraturados e facilitando a consolidação óssea. O encurvamento da placa gera deformação plástica permanente no metal, sendo previsto na norma de placas ósseas da série ABNT NBR 15676 (equivalente à ASTM F 382). Contudo, na mesma série de normas, é recomendado que o ensaio de fadiga em flexão seja conduzido sem a deformação da placa, o que não condiz com a realidade de utilização do componente. Desta forma, uma investigação aprofundada sobre as tensões residuais impostas pelo encurvamento da placa, e suas consequências na vida em fadiga foram analisadas, com o intuito de verificar a influência deste procedimento na resistência do componente. Para isto, 30 placas foram avaliadas quanto aos seguintes requisitos: acabamento superficial (lupa), tensões residuais (difratômetro de raio X), flexão estático e fadiga (máquina de ensaios mecânicos servo-hidráulica), superfície de fratura (microscópio eletrônico de varredura) e aspecto microestrutural (microscópio ótico). Os resultados indicam que o dobramento controlado pode contribuir para resistência da placa, porém se o dobramento for realizado de forma descontrolada, a resistência à fadiga é reduzida, expondo o paciente a um risco de fratura do componente metálico dentro do corpo. / Bone plate is the name designated to the synthetic implants used to give support to a fractured bone of the human skeletal system. This thesis investigates the fatigue behavior of DCP (Dynamic Compression Plate) plate bone, which is used for treatment of femoral fractures, treatment of femoral fractures manufactured in stainless steel and subjected to preoperative conditions. Preoperative deformation, or contouring, is a common practice performed before surgical operation, which consists to bend the component, in order to adjust it to the bone anatomy, increasing the compression on the fractured bones and facilitating bone healing. This practice is predicted in the bone plates standard (ABNT NBR 15676/ASTM F382). However, the test method recommends that the test should be conducted without contouring, but this is not consistent with the reality of the component use. Thus, a thorough investigation of residual stresses imposed by the plate bending and their consequences on fatigue limit were analyzed, in order to check the influence of this procedure on the strength of the component. Therefore, 30 plates were evaluated against the following requirements: surface finish (stereoscopic microscope), residual stress (X-ray diffractometer), static and dynamic bend testing (Servo Hydraulic Mechanical Testing Machines), fracture surface analysis (scanning electron microscope) and microstructural aspects (optical microscope). The results indicate that controlled bending contributes to plate strength, but if uncontrolled bending is carried out, the fatigue strength is reduced, exposing the patient to a risk of breaking the component inside the body.

Componentes de próteses e órteses humanas devem ser confortáveis, capazes de realizar as funções esperadas e, mais do que tudo, confiáveis. O foco deste trabalho é no desenvolvimento e aplicação de uma metodologia de análise de parafusos cirúrgicos. Para tanto foi desenvolvido um aparato mecânico, que consiste em um atuador de torque e um sistema de aquisição de dados. O atuador, composto por um motor elétrico acoplado a um redutor, aplica torque sobre o parafuso em teste, que o transfere a uma célula de carga e, assim, ao sistema de aquisição de dados. Parafusos canulados de aço inoxidável e corticais de titânio, de diferentes fabricantes, foram testados para torque de inserção e remoção, torque máximo e ângulo de ruptura. Os resultados mostraram que, apesar de todos os parafusos canulados seguirem os padrões recomendados, foram encontradas dispersões significativas entre os resultados verificados para os parafusos corticais de titânio, o que indica problemas de material ou manufatura. Os resultados mostraram valores mais elevados para torque de remoção que de inserção, o que, apesar de esperado, não é um efeito desejável, uma vez que facilita a fratura após a convalescência do paciente, em uma eventual remoção do parafuso. A análise dos resultados mostra a eficiência da metodologia desenvolvida, e chama a atenção para a confiabilidade dos componentes de órteses e próteses. / Human orthotic device components must be comfortable, able to execute the expected functions and, most of everything reliable. The focus of this work is the development and application of a surgical screw resistance analysis methodology. For this, a mechanical apparatus, consisting of a torque actuator and a data acquisition system was developed. The actuator, composed by an electric engine and reducer, applied torque on the tested screw, who transfers it to a load cell, especially developed, and thus to the data acquisition system. Cortical titanium and cannulated stainless steel bone screws were tested, from different manufacturers, for insertion and removal torque, maximum torque and rupture angle. The results showed that, despite that all cannulated screws had followed the recommended standards, it was found significant dispersion among the results for titanium cortical screws, which indicates manufacturing or material defects. Results also showed that removal torque was always higher than insertion torque. This is an undesirable, yet expected, effect, once fractures may come to happen after the healing of the patient, or even on the occasion of a substitution. The analysis showed the efficiency of the methodology developed, and opens a point of discussion on orthotic reliability.

Placa óssea é o nome designado para os implantes sintéticos utilizados como suporte – a fim de auxiliar na consolidação óssea − quando por algum motivo ocorrer fratura do sistema ósseo do corpo humano. Esta tese investiga o comportamento em fadiga de placas ósseas, do tipo DCP (Dynamic Compression Plate), utilizadas no tratamento de fraturas do fêmur, fabricadas em aço inoxidável e submetidas a condições pré-operatórias. A deformação pré-operatória é uma prática comum realizada antes da operação cirúrgica, a qual consiste no encurvamento do componente, com o objetivo de ajustar a placa à anatomia do osso, aumentando a compressão nos ossos fraturados e facilitando a consolidação óssea. O encurvamento da placa gera deformação plástica permanente no metal, sendo previsto na norma de placas ósseas da série ABNT NBR 15676 (equivalente à ASTM F 382). Contudo, na mesma série de normas, é recomendado que o ensaio de fadiga em flexão seja conduzido sem a deformação da placa, o que não condiz com a realidade de utilização do componente. Desta forma, uma investigação aprofundada sobre as tensões residuais impostas pelo encurvamento da placa, e suas consequências na vida em fadiga foram analisadas, com o intuito de verificar a influência deste procedimento na resistência do componente. Para isto, 30 placas foram avaliadas quanto aos seguintes requisitos: acabamento superficial (lupa), tensões residuais (difratômetro de raio X), flexão estático e fadiga (máquina de ensaios mecânicos servo-hidráulica), superfície de fratura (microscópio eletrônico de varredura) e aspecto microestrutural (microscópio ótico). Os resultados indicam que o dobramento controlado pode contribuir para resistência da placa, porém se o dobramento for realizado de forma descontrolada, a resistência à fadiga é reduzida, expondo o paciente a um risco de fratura do componente metálico dentro do corpo. / Bone plate is the name designated to the synthetic implants used to give support to a fractured bone of the human skeletal system. This thesis investigates the fatigue behavior of DCP (Dynamic Compression Plate) plate bone, which is used for treatment of femoral fractures, treatment of femoral fractures manufactured in stainless steel and subjected to preoperative conditions. Preoperative deformation, or contouring, is a common practice performed before surgical operation, which consists to bend the component, in order to adjust it to the bone anatomy, increasing the compression on the fractured bones and facilitating bone healing. This practice is predicted in the bone plates standard (ABNT NBR 15676/ASTM F382). However, the test method recommends that the test should be conducted without contouring, but this is not consistent with the reality of the component use. Thus, a thorough investigation of residual stresses imposed by the plate bending and their consequences on fatigue limit were analyzed, in order to check the influence of this procedure on the strength of the component. Therefore, 30 plates were evaluated against the following requirements: surface finish (stereoscopic microscope), residual stress (X-ray diffractometer), static and dynamic bend testing (Servo Hydraulic Mechanical Testing Machines), fracture surface analysis (scanning electron microscope) and microstructural aspects (optical microscope). The results indicate that controlled bending contributes to plate strength, but if uncontrolled bending is carried out, the fatigue strength is reduced, exposing the patient to a risk of breaking the component inside the body.

This thesis covers the design of an automated multiunit composting system (AMUCS) that was constructed to meet the experimental apparatus requirements of the ASTM D5338 standard. The design of the AMUCS is discussed in full detail and validated with two experiments. The first experiment was used to validate the operation of the AMUCS with a 15 day experiment. During this experiment visual observations were made to visually observe degradation. Thermal properties and stability tests were performed to quantify the effects of degradation on the polymer samples, and the carbon metabolized from the degradation of samples was measured. The second experiment used the AMUCS to determine the effect of synthetic clay nanofiller on the aerobic biodegradability behavior of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate).

Placa óssea é o nome designado para os implantes sintéticos utilizados como suporte – a fim de auxiliar na consolidação óssea − quando por algum motivo ocorrer fratura do sistema ósseo do corpo humano. Esta tese investiga o comportamento em fadiga de placas ósseas, do tipo DCP (Dynamic Compression Plate), utilizadas no tratamento de fraturas do fêmur, fabricadas em aço inoxidável e submetidas a condições pré-operatórias. A deformação pré-operatória é uma prática comum realizada antes da operação cirúrgica, a qual consiste no encurvamento do componente, com o objetivo de ajustar a placa à anatomia do osso, aumentando a compressão nos ossos fraturados e facilitando a consolidação óssea. O encurvamento da placa gera deformação plástica permanente no metal, sendo previsto na norma de placas ósseas da série ABNT NBR 15676 (equivalente à ASTM F 382). Contudo, na mesma série de normas, é recomendado que o ensaio de fadiga em flexão seja conduzido sem a deformação da placa, o que não condiz com a realidade de utilização do componente. Desta forma, uma investigação aprofundada sobre as tensões residuais impostas pelo encurvamento da placa, e suas consequências na vida em fadiga foram analisadas, com o intuito de verificar a influência deste procedimento na resistência do componente. Para isto, 30 placas foram avaliadas quanto aos seguintes requisitos: acabamento superficial (lupa), tensões residuais (difratômetro de raio X), flexão estático e fadiga (máquina de ensaios mecânicos servo-hidráulica), superfície de fratura (microscópio eletrônico de varredura) e aspecto microestrutural (microscópio ótico). Os resultados indicam que o dobramento controlado pode contribuir para resistência da placa, porém se o dobramento for realizado de forma descontrolada, a resistência à fadiga é reduzida, expondo o paciente a um risco de fratura do componente metálico dentro do corpo. / Bone plate is the name designated to the synthetic implants used to give support to a fractured bone of the human skeletal system. This thesis investigates the fatigue behavior of DCP (Dynamic Compression Plate) plate bone, which is used for treatment of femoral fractures, treatment of femoral fractures manufactured in stainless steel and subjected to preoperative conditions. Preoperative deformation, or contouring, is a common practice performed before surgical operation, which consists to bend the component, in order to adjust it to the bone anatomy, increasing the compression on the fractured bones and facilitating bone healing. This practice is predicted in the bone plates standard (ABNT NBR 15676/ASTM F382). However, the test method recommends that the test should be conducted without contouring, but this is not consistent with the reality of the component use. Thus, a thorough investigation of residual stresses imposed by the plate bending and their consequences on fatigue limit were analyzed, in order to check the influence of this procedure on the strength of the component. Therefore, 30 plates were evaluated against the following requirements: surface finish (stereoscopic microscope), residual stress (X-ray diffractometer), static and dynamic bend testing (Servo Hydraulic Mechanical Testing Machines), fracture surface analysis (scanning electron microscope) and microstructural aspects (optical microscope). The results indicate that controlled bending contributes to plate strength, but if uncontrolled bending is carried out, the fatigue strength is reduced, exposing the patient to a risk of breaking the component inside the body.

The thesis deals with the influence of solidification conditions on structure and mechanical properties of austenitic stainless steels. The first part involves the distribution of stainless steels and a basic understanding of the issue of achieving the desired structure and mechanical properties. The second part is focused on austenitic steels and their basic characteristics. This section also describes the experiment and the results achieved. Finally, these results were evaluated and further research steps were recommended.

The conductivity is one of the main properties of HVDC cable insulation materials and needs to be evaluated carefully. Since measurement on cables is time consuming, often thin specimens and normal conductivity measurement cells are used to compare the materials. In this way however, the bulk effects will be less represented in the measurement and the results will be less representative. Instead, one needs to perform the measurements on thick plate samples and with higher voltage levels. This work focuses on the conductivity measurements on thick HVDC insulation plate samples subject to a high electric field and carefully controlled conditions. In the literature, there are many different methods of measuring the leakage current such as dielectric spectroscopy, PD, IV and PEA measurements. In this thesis a three electrode setup is used to measure the leakage current where the electrodes are placed inside the oven.  This is to be able to control both temperature and high voltage under similar and different conditions where it is possible to change these two parameters during measurement. This was made by two Labview programs; one for creating a schedule and one control program which controls the equipment in the cell.  The task was to make sure that the cell functioned by obtaining repeatable and reasonable measurements.  The results that were obtained were reasonable and verified that the cell functioned. The executed measurements were performed in order to achieve a better understanding of error factors in the measurement system, ranging from preparing the sample to measuring the leakage current. The purpose with the cell is it to investigate the quality of the HVDC insulation by conductivity measurements on millimetre thick plate samples. / Den elektriska konduktiviteten är en av de viktigaste egenskaperna av HVDC kablars isolationsmaterial, XLPE, och den måste utvärderas noggrant. Mätning på fullskaliga kablar är tidskrävande och för att jämföra material används istället ofta tunna prover och normerade konduktivitetmätningsceller. En nackdel med denna metod är att bulkeffekterna blir mindre framträdande i mätningen och resultaten kommer att vara mindre representativa. Istället måste man utföra mätningen på tjockare prover och vid högre spänning. Detta examensarbete fokuserar på mätning av ledningsförmåga hos tjocka HVDC- isolationsprover under noggrant kontrollerade förhållanden och starka elektriska fält. I litteraturen finns det många olika metoder att mäta läckströmmar på, till exempel dielektrisk spektroskopi, PD, IV och PEA mätningar för att nämna några. I denna avhandling kommer ett tre-elektrod system att användas där en temperatursensor är monterad på ena elektroden. Systemet används för att både mäta läckströmmar och temperatur vid provet. Detta gör det möjligt att kontrollera temperatur och spänning oberoende av varandra vilket gjordes med hjälp av två Labview program. Det ena för att skapa ett schema och det andra användes som kontrollprogram för att styra utrustningen i cellen. Uppgiften var att kontrollera cellens funktion genom att erhålla rimliga repeterbara mätningar. Mätningarna gav rimliga resultat vilket indikerade att cellen fungerar tillfredställande. Syftet med mätningarna var att få en bättre förståelse för felfaktorer i mätsystemet som kan vara allt från att förbereda provet till att mäta läckström. Syftet med cellen är att undersöka isolationsegenskaperna på millimetertjocka pressade XLPE prover.

This thesis was conducted on behalf of Butong AB, who wanted to test and develop an environmental friendly, so called green sound barrier, which combines both art and science.Different configurations of the product were proposed by the company with various filling materials, as it was predicted that the filling materials would be the main sound absorbent among all parts of the structure.The thesis work started by selecting the best of the proposed fillings which could be of interest - that is those which were expected to have high sound absorption coefficients. The selection process was based on experience, reading and advice. The main idea behind the selection process was saving cost for the company as well as effort.Impedance tube method was used for performing the measurements on samples of the green sound barriers, in order to calculate the acoustical properties of each material and every construction, as it was considerably reliable, cheap and fast to use.The measurements were done according to a combination between standards described in ISO 10534-2:1998 and ASTM E2611-09, for performing test measurements using the impedance tube.This master thesis gives an explanation of the predicted absorption characteristics of the green sound barriers including the usage of different fillings, as well as the advantages and disadvantages of using it in real life applications.

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