Vários implantes cirúrgicos têm sido desenvolvidos para estabilizar fraturas em seres humanos e animais. O fixador esquelético externo circular de Ilizarov é método de fixação amplamente utilizado para tratamento de fraturas complexas, desvios angulares, bem como no alongamento ósseo. O anel destaca-se como componente fundamental desse dispositivo e as cargas de compressão no mesmo plano do anel são devidas principalmente a fios ligados de um lado ao outro do implante. O estudo teve como objetivo comparar a resistência à compressão axial de anéis de Ilizarov e analisar a composição da liga metálica desses anéis. Foram testados dois diâmetros de anéis de três fabricantes nacionais para os ensaios biomecânicos de compressão axial, divididos em dois grupos com quinze corpos de prova. Os testes foram realizados em máquina universal de ensaios Kratos® modelo KE 3.000MP, dotada de célula de carga de 3000N com velocidade de ensaio de 10 milímetros por minuto. Os parâmetros força e deformação foram enviados ao computador IBM®-PC através do sistema de aquisição analógica Lynx® modelo ADS-2000, que permitiu a gravação dos parâmetros para posterior análise. Também avaliou-se a composição elementar dos anéis através do método TTPIXE (partículas induzidas pela emissão de raios X em alvos espessos) em PIXE externo. Os espectros foram acumulados em buffer-multicanal conectado a um micro-computador pessoal tipo IBM-PC®. A redução de espectros de raios-X foi realizada por meio do programa AXIL. Concluiu-se que os anéis para fixador esquelético externo circular são compostos de liga metálica de alumínio e que existe diferença entre os fabricantes nacionais no ensaio mecânico de compressão axial, sendo que o fabricante A é mais rígido que os outros fabricantes para os dois diâmetros (60 e 80 milímetros) de anel e mais resistente que os outros fabricantes para o anel de 80 milímetros. / Various surgical implants have been developed to stabilize fractures in humans and animals. Ilizarov\'s circular external skeletal fixator is a fixation method widely used for the treatment of complex fractures, angular deviation, as well as in bone lengthening. The ring stands out as a fundamental component of the device and compression loads in the same plane of the ring are due mainly to wires connected from one side to another of the implant. The study aimed to compare the resistance to axial compression on Ilizarovs rings and analyze the alloy composition of these rings. Two diameters were tested of three domestic ring manufacturers for biomechanical axial compression, divided into two groups with fifteen specimens each group. The tests were performed in a universal test machine Kratos® model 3.000MP KE, equipped with a 3000N load cell with a test speed of 10 mm per minute. The strength and deformation parameters were sent to the IBM®-PC computer through the Lynx® analog acquisition system model ADS-2000, which allowed the recording of the parameters for further analysis. Also, the rings alloy composition was evaluated using the TTPIXE method (thick-target particle induced X-ray emission) in external PIXE. The spectra were accumulated in a multi-channel buffer connected to an IBM®-PC type personal microcomputer. The reduction of X-ray spectra was performed using the AXIL program. In conclusion the rings was made from aluminum alloy, witch differs in composition among different fabricants, also the rings showed differences performance in mechanical testing of axial compression, and the manufacturer A is more rigid than the other manufacturers for the two diameters (60 and 80 mm) ring and tougher than the other manufacturers to the 80 mm ring.

This thesis is a result of research aimed at analysis of the Taylor Spatial Frames (TSF) in Orthopaedics. The TSF is a ring external fixator, which are used to stabilise a fracture or provide stability during skeletal limb reconstruction procedures. A sound understanding of the mechanics of the fixator is essential, because mechanical stability is a key factor in bone healing. TSF is in fact an adaptation of the hexapod parallel manipulators for dynamisation of the classical ring fixators of Ilizarov type. Therefore, a general solution for Forward kinematics of parallel manipulators was provided and the solution is visualised in real-time. A three-dimensional visualisation tool for TSF, was developed, which offers improvements over the software provided by the manufacturer. Abaqus/CAE programming interfaces were used to develop two separate systems for automatic creation of FEMs of the TSF: one using beam elements and the other using 3D solid elements. The systems were used for a parametric study on axial compression of the TSF. Components of the TSF were also tested and analysed: o TSF rings were studied extensively, which lead to revealing important facts about their role in the TSF. o Fixation bolts in external fixators were studied by FE technique and the results used to relate bolt-load to the bolt-torque applied. o TSF struts were tested in compression and their load-deflection behaviour and the role of universal joints in them were described. TSF and Ilizarov fixators were tested and compared in axial compression. The results highlighted the important role of the pins and wires in deflection of the fixators.

Vários implantes cirúrgicos têm sido desenvolvidos para estabilizar fraturas em seres humanos e animais. O fixador esquelético externo circular de Ilizarov é método de fixação amplamente utilizado para tratamento de fraturas complexas, desvios angulares, bem como no alongamento ósseo. O anel destaca-se como componente fundamental desse dispositivo e as cargas de compressão no mesmo plano do anel são devidas principalmente a fios ligados de um lado ao outro do implante. O estudo teve como objetivo comparar a resistência à compressão axial de anéis de Ilizarov e analisar a composição da liga metálica desses anéis. Foram testados dois diâmetros de anéis de três fabricantes nacionais para os ensaios biomecânicos de compressão axial, divididos em dois grupos com quinze corpos de prova. Os testes foram realizados em máquina universal de ensaios Kratos® modelo KE 3.000MP, dotada de célula de carga de 3000N com velocidade de ensaio de 10 milímetros por minuto. Os parâmetros força e deformação foram enviados ao computador IBM®-PC através do sistema de aquisição analógica Lynx® modelo ADS-2000, que permitiu a gravação dos parâmetros para posterior análise. Também avaliou-se a composição elementar dos anéis através do método TTPIXE (partículas induzidas pela emissão de raios X em alvos espessos) em PIXE externo. Os espectros foram acumulados em buffer-multicanal conectado a um micro-computador pessoal tipo IBM-PC®. A redução de espectros de raios-X foi realizada por meio do programa AXIL. Concluiu-se que os anéis para fixador esquelético externo circular são compostos de liga metálica de alumínio e que existe diferença entre os fabricantes nacionais no ensaio mecânico de compressão axial, sendo que o fabricante A é mais rígido que os outros fabricantes para os dois diâmetros (60 e 80 milímetros) de anel e mais resistente que os outros fabricantes para o anel de 80 milímetros. / Various surgical implants have been developed to stabilize fractures in humans and animals. Ilizarov\'s circular external skeletal fixator is a fixation method widely used for the treatment of complex fractures, angular deviation, as well as in bone lengthening. The ring stands out as a fundamental component of the device and compression loads in the same plane of the ring are due mainly to wires connected from one side to another of the implant. The study aimed to compare the resistance to axial compression on Ilizarovs rings and analyze the alloy composition of these rings. Two diameters were tested of three domestic ring manufacturers for biomechanical axial compression, divided into two groups with fifteen specimens each group. The tests were performed in a universal test machine Kratos® model 3.000MP KE, equipped with a 3000N load cell with a test speed of 10 mm per minute. The strength and deformation parameters were sent to the IBM®-PC computer through the Lynx® analog acquisition system model ADS-2000, which allowed the recording of the parameters for further analysis. Also, the rings alloy composition was evaluated using the TTPIXE method (thick-target particle induced X-ray emission) in external PIXE. The spectra were accumulated in a multi-channel buffer connected to an IBM®-PC type personal microcomputer. The reduction of X-ray spectra was performed using the AXIL program. In conclusion the rings was made from aluminum alloy, witch differs in composition among different fabricants, also the rings showed differences performance in mechanical testing of axial compression, and the manufacturer A is more rigid than the other manufacturers for the two diameters (60 and 80 mm) ring and tougher than the other manufacturers to the 80 mm ring.