O objetivo da presente pesquisa foi avaliar o comportamento da força em função da deflexão na ativação e desativação de fios ortodônticos de níquel-titânio, de secção circular (.016"). Ensaiaram-se três marcas de fio (Forestadent, GAC e Morelli). As temperaturas de ensaio foram três (32, 37 e 42ºC). As ativações máximas foram até 1, 2, 3 e 4mm. O espécime de ensaio consistiu de uma placa de resina acrílica, sobre a qual eram fixados cilindros metálicos por meio de parafusos, simulando dentes, com distribuição semelhante aos dentes naturais. Sobre os cilindros foram cimentados os bráquetes (distância de 8mm entre eles). Sobre os bráquetes era fixado, conforme clinicamente, o arco do fio em ensaio. O “dente" correspondente ao incisivo central era liberado (desparafusado) para poder se deslocar livremente no sentido vestíbulo-lingual durante os ensaios e o fio poder sofrer a deflexão. O conjunto era levado à máquina de ensaio (Instron), com câmara de temperatura controlada. Durante o ensaio a velocidade de deslocamento para a deflexão foi de 0,5mm/min. Durante a ativação e desativação as forças foram registradas de 0,10 em 0,10mm de deflexão. Por meio de software esses valores eram impressos numericamente e em gráficos da força em função da ativação/desativação. Com 4 ativações máximas, 3 marcas de fios e 3 temperaturas obtiveram-se 36 condições experimentais e com 5 repetições (n=5) foram feitos 180 ensaios. Os gráficos obtidos mostraram uma não linearidade entre força e deflexão e com ativação de 1 e 2mm não foi detectado platô de superelasticidade, mas que foi observado na desativação, das ativações máximas de 3 e 4mm. Dos gráficos e tabelas foram extraídos valores específicos para serem analisados e comparados: 1) força máxima de ativação; 2/3) diminuição da força na desativação de 0,20mm e 0,70mm (esta só na ativação de 3 e 4mm); 4/5) extensão e forças no platô (apenas nas ativações máximas de 3 e 4mm); 6/7/8) desativação até alcançar 50g de força, a partir de 0,80 e 1,80mm (ativações de 1 e 2mm), ou no final dos platôs (ativações de 3 e 4mm), a força ao iniciar-se a desativação, afastamento da origem ao registrar 50g de força; 9) deformação permanente ao atingir a força zero. As principais conclusões foram: a força de ativação máxima aumentou com o aumento desta e da temperatura, o material Morelli apresentou a menor e o GAC a maior; a diminuição da força máxima foi tanto maior quanto maior a ativação; apenas as ativações até 3 e 4mm apresentaram platôs de superelasticidade e que foram bem mais extensos na ativação de 4mm, que por sua vez apresentaram menor força; em todos os ensaios for observada deformação permanente / The purpose of this study was to evaluate the behaviour of force as function of loading and unloading orthodontic nickel-titanium wires. Three defferent brands (Forestadent, GAC and Morelli) were tested. Testing temperature were 32, 37 and 42 o C. Loading were up to 1, 2, 3 and 4mm deflection. Specimens consisted of a acrylic base where were fixed metallic cylinders simulating teeth. Over the teeth were fixed brackets to maintain arch wire in position. Tooth corresponding to central incisor was loosened and at the correspondig bráquete was applied the force in an Instron equipment, with temperature control. Head speed was 0.5mm/min. During loading and unloading forces were read every 0.10mm deflection and registered. The pair values of forces and deflections were also plotted as graphs. With 4mm maximum loading, 3 brands and 3 temperatures were obtained 36 experimental conditions and with 5 repetitions (n=5) were performed 180 tests. Graphs showed that there is no linearity between forces and deflection and with loading up to 1 and 2mm was not obtained the formation of superelasticity plateaus. But they were observed with 3 and 4mm deflections. From the graphs and registered numerical values for each specimen were selected special values to be analysed: 1) maximum loading force; 2/3) force decrease during unloading 0.20 and 0.70mm (the last only at 3 and 4mm activation); 4/5) exte nsions and forces at plateaus (only for 3 and 4mm activations); 6/7/8) extension until 50g force, since 0.80 and 1.80mm (respectively activation up to 1 and 2mm), or ends of plateau (3 and 4mm activation). In these conditions, the force at beginning unloading. Distance of origin at register 50g force; 9) permanent deformation at zero force. The main conclusions were: maximum loading forces increase with deflection and temperature increases, and brand Morelli presented the smallest force and GAC the greatest; the decrease of forces with unloading was as larger as activation force; only the activation until 3 and 4mm presented superelasticity plateaus, and was longer with 4mm activation, but it presented lower force at plateaus; in all tests was noted permanent deformation

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-08T21:00:00Z No. of bitstreams: 1 CLÁUDIO EMANUEL SILVA OLIVEIRA - TESE PPGEQ 2016..pdf: 1522932 bytes, checksum: af3e91fc6bc098f58a808b7fd90cc619 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-08T21:00:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CLÁUDIO EMANUEL SILVA OLIVEIRA - TESE PPGEQ 2016..pdf: 1522932 bytes, checksum: af3e91fc6bc098f58a808b7fd90cc619 (MD5) Previous issue date: 2016 / A utilização de ligas de Nitinol (NiTi) são extremamente importantes na fabricação de dispositivos biomédicos, por combinarem as características peculiares dessas ligas metálicas como superelasticidade e efeito memória de forma. Em decorrência da alta concentração do Níquel nas ligas de NiTi, teoricamente é possível a dissolução do Níquel nos líquidos corpóreos em decorrência dos processos de corrosão, podendo ocasionar efeitos indesejados. Os fenômenos de biocompatibilidade e biotoxicidade do NiTi têm sido exaustivamente estudados, visando assim, minimizar os danos da utilização desses materiais. Em decorrência desses estudos, foi proposto neste trabalho de pesquisa a diminuição da concentração do metal Níquel nas ligas de NiTi e a sua substituição pelo metal Cobre, formando assim uma liga metálica de NiTiCu. Foram utilizadas técnicas eletroquímicas para observação da corrosão e as características encontradas em cada liga de NiTiCu com composição diferenciada e compará-las com as de NiTi para uma melhor abordagem do problema e identificação das semelhanças e diferenças percebidas entre as ligas estudadas, além de uma comparação superficial desse material com uso de técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura, Calorimetria Diferencial de Varredura e Microdureza de Vicks. O comportamento eletroquímico das ligas de NiTi e NiTiCu, foram estudadas utilizando de técnicas eletroquímicas de Polarização Linear, Voltametria Cíclica e Impedância Eletroquímica, em dois meios corrosivos Solução de Hanks (sangue artificial) e Solução de Saliva Artificial que se assemelham bastante as condições corpóreas das áreas de utilização desses biomateriais, a uma temperatura ambiente de aproximadamente 25°C, para verificação da durabilidade das ligas metálicas. Observou-se que quanto maior a concentração de Cobre nas ligas de NiTiCu, menos resistente a corrosão esse material terá. Na caracterização superficial, verifica-se que as ligas contendo a menor concentração de Cobre, possuem características superficiais que se assemelham mais com as condições das ligas de NiTi que já são amplamente utilizadas em dispositivos biomédicos. Com a análise de todos os testes eletroquímicos e de caracterização superficial e estrutural das ligas metálicas de NiTiCu e NiTi, verifica-se que as ligas metálicas contendo NiTiCu com pequenos percentuais de Cobre próximo a 5%, possuem características semelhantes as de NiTi, favorecendo a possível utilização dessa liga ternária de NiTiCu para produção de biomateriais para medicina e odontologia, desde que haja estudos mais amplos e interdisciplinares para análises detalhadas referentes a biocompatibilidade, biotoxicidade e de desenvolvimento celular desta nova liga metálica. / The use of Nitinol alloys (NiTi) are extremely important in the manufacture of biomedical devices, for combining the unique characteristics of such alloys and superelasticity and shape memory effect. Due to the high concentration of nickel in alloys of NiTi, it is theoretically possible dissolution of nickel in body fluids as a result of corrosion processes, which may cause unwanted effects. The phenomena of biocompatibility and biotoxicity of NiTi have been thoroughly studied, thus aiming to minimize the damage from the use of these materials. As a result of these studies, it was proposed in this research work to decrease in metal concentration in nickel NiTi alloys and their replacement by copper metal, thereby forming an alloy NiTiCu. Electrochemical techniques were used to observe the corrosion and features found in each league NiTiCu with different composition and compare them with the NiTi for a better approach to the problem and identify the similarities and differences perceived between the studied alloys, as well as a comparison surface of the material with the use of scanning electron microscopy techniques, Differential Scanning Calorimetry and Microhardness of Vicks. The electrochemical behavior of the alloys of NiTi and NiTiCu were studied using electrochemical techniques Linear Polarization, Cyclic Voltammetry and Electrochemical Impedance in two corrosive media Hanks solution (artificial blood) and Solution Saliva Artificial that closely resemble the bodily conditions areas of use of these biomaterials, at an ambient temperature of about 25 ° C to check the durability of metal alloy. It was observed that the higher the concentration of copper in the alloy NiTiCu less corrosion-resistant the material will have. In the superficial characterization, it appears that the alloys containing the lowest concentration of copper, have surface characteristics that are more similar to the conditions of NiTi alloys are widely utilized in biomedical devices. With the analysis of all electrochemical tests and superficial and structural characterization of metal alloys NiTiCu and NiTi, it is found that alloys containing NiTiCu with copper percentages small close to 5%, have similar characteristics of NiTi, favoring possible use of this ternary alloy NiTiCu for the production of biomaterials for medicine and dentistry, provided there is wider and interdisciplinary studies for detailed analysis regarding biocompatibility, biotoxicity and mobile development of this new alloy.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1749141 bytes, checksum: 1c9c3eb30ef41e016293911f596e4898 (MD5) Previous issue date: 2012-03-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The alloys Cu 78,3% - Al 9,8% - Mn 11,9 and 77.5% Cu - Al 9.8% - Mn 11,9% -% Nb 0.5 - 0.3% Ni (wt%) were prepared without the use of protective atmosphere. The first alloy was characterized using optical microscopy, scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry and X-ray diffraction and its mechanical property was determinated by the tensile test, quantification of the shape memory effect and superelasticity. In the case of alloy with Nb and Ni, this was characterized by optical microscopy, differential scanning calorimetry and had their mechanical properties determined by tensile testing. / As ligas Cu 78,3% - Al 9,8% - Mn 11,9 e Cu 77,5% - Al 9,8% - Mn 11, 9% - Nb 0,5% - Ni 0,3% (% em peso) foram elaboradas sem utilização de atmosfera de proteção. A primeira liga foi caracterizada através de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, Calorimetria Diferencial de Varredura e difração de raios-X e suas propriedades mecânicas foram determinadas através de ensaio de tração, quantificação de efeito de memória de forma e superelasticidade. No caso da liga com Nb e Ni, esta foi caracterizada por microscopia ótica, Calorimetria Diferencial de Varredura e teve suas propriedades mecânicas determinadas através de ensaio de tração.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-26T19:05:08Z No. of bitstreams: 1 FRANCISCO FERNANDO ROBERTO PEREIRA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 10508336 bytes, checksum: a4938bf6b7c859f88f7ee32741623dfa (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-26T19:05:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FRANCISCO FERNANDO ROBERTO PEREIRA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 10508336 bytes, checksum: a4938bf6b7c859f88f7ee32741623dfa (MD5) Previous issue date: 2014-12-05 / Em muitas situações, os parafusos de sistemas mecânicos são encarados como componentes de importância secundária, quando na verdade podem ser fundamentais para seu funcionamento, desde que sejam utilizados dentro dos limites e modos de carregamento estabelecidos pelo fabricante. Caso isso não ocorra, os parafusos podem falhar de diversas formas. Visando solucionar ou minimizar esses inconvenientes, novos materiais têm sido estudados, a exemplo de materiais funcionais, como é o caso das Ligas com Memória de Forma (LMF). Essas ligas metálicas pertencem à classe dos materiais inteligentes e possuem a surpreendente capacidade de recuperar uma deformação “aparentemente plástica”, quando aquecidas acima de uma determinada temperatura crítica. Em virtude não apenas das propriedades especiais das LMF (Efeito Memória, Superelasticidade e outras), a aplicação desses materiais vem crescendo em diversos setores. Nesse contexto, uma possível alternativa para minimizar/eliminar os inconvenientes associados ao uso de parafusos convencionais seria a fabricação desses elementos a partir de LMF. Nesse panorama, o principal objetivo desse trabalho foi fabricar e testar parafusos de LMF do sistema NiTi (NiTinol). Os testes realizados visaram analisar o comportamento dos parafusos de LMF do ponto de vista da geração de força por meio do Efeito Memória de Forma (EMF), da deformação por Superelasticidade (SE) e do afrouxamento por Cisalhamento Transversal Cíclico (CTC). Para analisar os efeitos das diversas variáveis na resposta ao CTC, estes testes foram conduzidos de acordo com uma metodologia de planejamento experimental (PE). Com base nos resultados obtidos em geração de força, deformação superelástica e relaxação cíclica, é possível afirmar que os parafusos de LMF NiTi possuem um grande potencial aplicativo, atestando o caráter inovador deste trabalho, que servirá de base para futuros estudos na área de fixadores de LMF. / In many situations, the bolts of a mechanical design are considered as having a secondary importance, when in fact they have fundamental aspects of its operation, once they are used within the loading limits established by the manufacturer. If not, the bolts may failure through different manners. In order to solve or minimize these problems associated with bolts, new materials have been studied, such as Shape Memory Alloys (SMA). Such alloys belong to the class of active materials and have the surprising ability to recover an "apparently plastic" strain through a subsequent heating above a critical temperature. The application of these materials has increased on many fields, due to the special properties of these alloys (Shape memory, superelasticity and others). In this context, a possible alternative to minimize or even eliminate the drawbacks associated with conventional bolts would be manufacturing these elements from SMA. In this regard, the main objective of this work was to manufacture and test bolts made of SMA from NiTi-system. The tests aimed to analyze the behavior of SMA bolts from the viewpoint of Shape Memory Effect (SME), Superelasticity (SE), and Transverse Cyclic Shear (TCS). Thus, to analyze the effects of many factors on the response variable, some of the tests were carried out according to a methodology of Design of Experiments (DOE). Based upon the results, one can establish that the SMA bolts have a strong application potential and, in this way, it was possible to attest the innovative nature of this work, which might be the basis for future studies on the field of SMA fasteners.

O objetivo da presente pesquisa foi avaliar o comportamento da força em função da deflexão na ativação e desativação de fios ortodônticos de níquel-titânio, de secção circular (.016”). Ensaiaram-se três marcas de fio (Forestadent, GAC e Morelli). As temperaturas de ensaio foram três (32, 37 e 42ºC). As ativações máximas foram até 1, 2, 3 e 4mm. O espécime de ensaio consistiu de uma placa de resina acrílica, sobre a qual eram fixados cilindros metálicos por meio de parafusos, simulando dentes, com distribuição semelhante aos dentes naturais. Sobre os cilindros foram cimentados os bráquetes (distância de 8mm entre eles). Sobre os bráquetes era fixado, conforme clinicamente, o arco do fio em ensaio. O “dente” correspondente ao incisivo central era liberado (desparafusado) para poder se deslocar livremente no sentido vestíbulo-lingual durante os ensaios e o fio poder sofrer a deflexão. O conjunto era levado à máquina de ensaio (Instron), com câmara de temperatura controlada. Durante o ensaio a velocidade de deslocamento para a deflexão foi de 0,5mm/min. Durante a ativação e desativação as forças foram registradas de 0,10 em 0,10mm de deflexão. Por meio de software esses valores eram impressos numericamente e em gráficos da força em função da ativação/desativação. Com 4 ativações máximas, 3 marcas de fios e 3 temperaturas obtiveram-se 36 condições experimentais e com 5 repetições (n=5) foram feitos 180 ensaios. Os gráficos obtidos mostraram uma não linearidade entre força e deflexão e com ativação de 1 e 2mm não foi detectado platô de superelasticidade, mas que foi observado na desativação, das ativações máximas de 3 e 4mm. Dos gráficos e tabelas foram extraídos valores específicos para serem analisados e comparados: 1) força máxima de ativação; 2/3) diminuição da força na desativação de 0,20mm e 0,70mm (esta só na ativação de 3 e 4mm); 4/5) extensão e forças no platô (apenas nas ativações máximas de 3 e 4mm); 6/7/8) desativação até alcançar 50g de força, a partir de 0,80 e 1,80mm (ativações de 1 e 2mm), ou no final dos platôs (ativações de 3 e 4mm), a força ao iniciar-se a desativação, afastamento da origem ao registrar 50g de força; 9) deformação permanente ao atingir a força zero. As principais conclusões foram: a força de ativação máxima aumentou com o aumento desta e da temperatura, o material Morelli apresentou a menor e o GAC a maior; a diminuição da força máxima foi tanto maior quanto maior a ativação; apenas as ativações até 3 e 4mm apresentaram platôs de superelasticidade e que foram bem mais extensos na ativação de 4mm, que por sua vez apresentaram menor força; em todos os ensaios for observada deformação permanente / The purpose of this study was to evaluate the behaviour of force as function of loading and unloading orthodontic nickel-titanium wires. Three defferent brands (Forestadent, GAC and Morelli) were tested. Testing temperature were 32, 37 and 42 o C. Loading were up to 1, 2, 3 and 4mm deflection. Specimens consisted of a acrylic base where were fixed metallic cylinders simulating teeth. Over the teeth were fixed brackets to maintain arch wire in position. Tooth corresponding to central incisor was loosened and at the correspondig bráquete was applied the force in an Instron equipment, with temperature control. Head speed was 0.5mm/min. During loading and unloading forces were read every 0.10mm deflection and registered. The pair values of forces and deflections were also plotted as graphs. With 4mm maximum loading, 3 brands and 3 temperatures were obtained 36 experimental conditions and with 5 repetitions (n=5) were performed 180 tests. Graphs showed that there is no linearity between forces and deflection and with loading up to 1 and 2mm was not obtained the formation of superelasticity plateaus. But they were observed with 3 and 4mm deflections. From the graphs and registered numerical values for each specimen were selected special values to be analysed: 1) maximum loading force; 2/3) force decrease during unloading 0.20 and 0.70mm (the last only at 3 and 4mm activation); 4/5) exte nsions and forces at plateaus (only for 3 and 4mm activations); 6/7/8) extension until 50g force, since 0.80 and 1.80mm (respectively activation up to 1 and 2mm), or ends of plateau (3 and 4mm activation). In these conditions, the force at beginning unloading. Distance of origin at register 50g force; 9) permanent deformation at zero force. The main conclusions were: maximum loading forces increase with deflection and temperature increases, and brand Morelli presented the smallest force and GAC the greatest; the decrease of forces with unloading was as larger as activation force; only the activation until 3 and 4mm presented superelasticity plateaus, and was longer with 4mm activation, but it presented lower force at plateaus; in all tests was noted permanent deformation

Os efeitos mecânicos exercidos sobre os dentes pela deformação do fio de níqueltitânio dependem de sua rigidez e das características dos braquetes. Os fatores associados ao braquete são a largura, que influencia o comprimento de fio interbraquetes e o coeficiente de atrito. O objetivo desta pesquisa foi comparar a influência dos braquetes autoligáveis passivos Damon, Easy Clip e Smart Clip, sobre as forças, momentos e binding produzidos pela deformação do fio Contour NiTi .014. Metodologia: um dispositivo de simulação clínica com 3 braquetes .022x.028 de aço, correspondentes ao canino e pré-molares, foi acoplado à maquina de tração universal Instron para registro das forças e ao dinamômetro Lutron para registro dos momentos na unidade de ancoragem. A deformação de primeira ordem do fio superelástico Contour NiTi .014 foi propiciada pelo deslocamento do braquete do primeiro pré-molar fixo à máquina Instron. Foi utilizada célula de carga de 500 Newtons e velocidade de 0,05mm/segundo durante a deformação. As forças e momentos foram registrados até deslocamento máximo de 4,5 mm e durante retorno à zero. Foram realizadas dez repetições para cada modelo de braquete. O registro do binding foi obtido em teste separado por meio da tração contínua do fio Contour NiTi durante deformação de primeira ordem até 4,8 mm e retorno até zero. Os efeitos mecânicos foram comparados com deformação de 4 mm. Resultados: na unidade de movimentação as forças de ativação apresentaram diferenças significantes (Damon 224, Easy Clip 241 e Smart Clip 299 cN) enquanto as forças de desativação foram menores no Damon (62 Cn) e semelhantes entre os braquetes Easy Clip (71 cN) e Smart Clip (76 Cn). Na unidade de ancoragem os momentos de ativação apresentaram diferenças significantes (Damon 314, Easy Clip 356 e Smart Clip 438 cN/mm) enquanto os momentos de desativação foram semelhantes entre os braquetes Damon e Easy Clip (239/242 cN/mm) e significativamente maiores no Smart Clip (317 cN/mm). Os valores de binding na ativação e desativação foram semelhantes. O percentual de histerese das forças foi 70% e dos momentos 28%. Conclusões: 1) as forças de desativação produzidas pelo fio Contour NiTi .014 foram semelhantes, o que indicou equivalência mecânica entre os braquetes Damon, Easy Clip e Smart Clip na unidade de movimentação; 2) os momentos de desativação produzidos pelo fio Contour NiTi .014 foram semelhantes entre os braquetes Damon e Easy Clip, e maiores no Smart Clip, o que indicou equivalência mecânica apenas entre os braquetes Damon e Easy Clip na unidade de ancoragem ; 3) a medição das forças de atrito por meio da tração contínua do fio ortodôntico não se mostrou adequada para medir o binding associado à força de desativação; 4) a histerese acentuada observada no início da desativação das forças foi influenciada pela superelasticidade do fio e pelo binding na unidade de ancoragem. / Bracket characteristics and wire stiffness dictate the mechanical effects that nickel titanium wire deformation will cause upon teeth. The main variables associated to bracket characteristics include bracket length (that influence interbracket distance), and coefficient of friction. The purpose of this research was to compare how self ligated brackets such as Damon, Easy Clip and Smart Clip influence moments, forces, and binding produced by the deformation of a .014 Niti Contour wire. Methods: a clinical simulation device with three .022x.028 stainless steel brackets representing canine and bicuspids was attached to an Instron universal traction machine in order to register the forces, and to a Lutron dynamometer to register the moments produced on the anchor unit. The displacement of the first bicuspid fixed on the Instron machine produced a first order deformation on the superelastic .014 Niti Contour wire. A load cell of 500 Newtons under a speed of 0,05mm/second was used during the deformation. Forces and moments were registered up to 4,5mm maximum displacement and during the return to zero. For each bracket model ten repetitions were performed. Binding registration was obtained on a separate test, by continuous traction of the Contour Niti wire during first order deformation up to 4,8mm and back to zero. The mechanical effects were compared with a 4mm deformation. Results: on the moving unit, the activation forces presented significant differences (Damon 224, Easy Clip 241 and Smart Clip 299cN), while the deactivation forces were smaller on Damon (62cN) and similar on the Easy Clip (71cN) and Smart Clip (76 cN). The activation moments on the anchor unit presented significant differences (Damon 314, Easy Clip 356 and Smart Clip 438 cN/mm), while the deactivation moments were similar in the Damon (239 cN/mm) and Easy Clip (242 cN/mm) brackets, and significantly larger on Smart Clip (317cN/mm). Activation and deactivation binding values were similar. The hysteresis percentage on forces was 70% and on moments 28%. Conclusions: 1) the forces produced by the .014 Contour Niti at the movement unit are similar among the Damon, Easy Clip and Smart Clip brackets; 2) the moments produced by the .014 Contour Niti at the anchor unit are similar between Damon and Easy Clip brackets, while the Smart Clip produces larger moments; 3) the method of measuring friction forces by continuous traction of the orthodontic wire is not adequate to measure the binding associated with deactivation forces; 4) hysteresis observed at the beginning of deactivation is influenced by binding.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-26T19:19:12Z No. of bitstreams: 1 HENRIQUE MARTINNI RAMOS DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 5119070 bytes, checksum: 23504b03a49c79c4f4d5a4f8815ee9ac (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-26T19:19:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HENRIQUE MARTINNI RAMOS DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 5119070 bytes, checksum: 23504b03a49c79c4f4d5a4f8815ee9ac (MD5) Previous issue date: 2014-08-01 / CNPq / Capes / As Ligas com Memória de Forma (LMF) devem seu comportamento único a uma transformação de fase reversível entre duas estruturas cristalinas: martensita (baixa temperatura e menor rigidez) e austenita (alta temperatura e maior rigidez). Essa transformação pode ocorrer em consequência de dois estímulos diferentes: uma mudança de temperatura ou aplicação de tensão mecânica, ambos acima de valores críticos característicos desses materiais. Do segundo caso resulta o fenômeno da superelasticidade, que é a capacidade de recuperar totalmente a deformação após o carregamento e descarregamento mecânico na fase de mais alta temperatura (austenita). No decorrer dessa deformação ocorre a transformação de fase induzida por tensão da austenita para a martensita. Esta transformação é exotérmica e tende a se estabilizar após certo número de ciclos de deformação. Estudos sobre as propriedades dinâmicas das LMF mostram que o comportamento superelástico é dependente da taxa de deformação, ou em outras palavras, da frequência de excitação. Este comportamento resulta da combinação complexa entre tensão mecânica, temperatura e taxa de dissipação do calor latente gerado no material. Observou-se também que altas frequências diminuem a capacidade de dissipação de calor latente, resultando no aumento de temperatura do material e valores de tensão de transformação de fase maiores. Considerações como estas são importantes para a modelagem do comportamento dinâmico do material, aplicável, por exemplo, em sistemas de absorção de vibração de construções civis. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é estudar experimentalmente a influência da frequência sobre o comportamento dinâmico superelástico de fios de LMF Ni-Ti pré-estabilizados, assim como os efeitos da geração de calor sobre as propriedades mecânicas avaliadas. Os testes realizados corresponderam a ensaios dinâmicos de tração uniaxial em fios superelásticos de LMF Ni-Ti com variação de freqüência e simultâneo acompanhamento de temperatura do material, usando uma máquina de ensaios da marca MTS modelo MTS 793 series. / Shape Memory Alloys (SMA) owe their behavior unique to a reversible phase transformation between two crystalline structures: martensite (low temperature and stiffness) and austenite (high temperature and stiffness). This phase change can occur as a result of two distinct stimuli: a change in temperature or an applied mechanical stress, both over certain critical values, characteristic of this materials. From the latter it results the phenomenon of the superelasticity, which is the ability to totally recover a deformation after simply ceasing the load. During this deformation occurs a stressinduced martensitic transformation from austenite to martensite, being it an exothermal process and that tends to stabilize after a certain number of cycles. Investigation concerning dynamic properties of SMA demonstrate that its superelastic behavior depends on the strain rate, or in other words, on the excitation frequency. This behavior results from the complex combination of mechanical stress, temperature and rate of latent heat dissipation generated in the material. It was also observed that high frequencies diminish the capacity of dissipation of latent heat, resulting in an increase in the material temperature and, therefore, in higher values of phase transformation stresses. This kind of consideration is fundamental in dynamic behavior modeling, applicable for instance, in vibration absorption systems in civil building. In this context, the objective of this work is experimentally study the influence of the frequency on superelastic behavior of pre-stabilized Ni-Ti SMA superelastic wires, as well as the effects of heat generation on the evaluated mechanical properties. Dynamical tests were performed in a uniaxial tensile mode in Ni-Ti SMA superelastic wires varying the frequency and simultaneously monitoring sample’s temperature, using a test machine from MTS, model MTS 793 series.

Os efeitos mecânicos exercidos sobre os dentes pela deformação do fio de níqueltitânio dependem de sua rigidez e das características dos braquetes. Os fatores associados ao braquete são a largura, que influencia o comprimento de fio interbraquetes e o coeficiente de atrito. O objetivo desta pesquisa foi comparar a influência dos braquetes autoligáveis passivos Damon, Easy Clip e Smart Clip, sobre as forças, momentos e binding produzidos pela deformação do fio Contour NiTi .014. Metodologia: um dispositivo de simulação clínica com 3 braquetes .022x.028 de aço, correspondentes ao canino e pré-molares, foi acoplado à maquina de tração universal Instron para registro das forças e ao dinamômetro Lutron para registro dos momentos na unidade de ancoragem. A deformação de primeira ordem do fio superelástico Contour NiTi .014 foi propiciada pelo deslocamento do braquete do primeiro pré-molar fixo à máquina Instron. Foi utilizada célula de carga de 500 Newtons e velocidade de 0,05mm/segundo durante a deformação. As forças e momentos foram registrados até deslocamento máximo de 4,5 mm e durante retorno à zero. Foram realizadas dez repetições para cada modelo de braquete. O registro do binding foi obtido em teste separado por meio da tração contínua do fio Contour NiTi durante deformação de primeira ordem até 4,8 mm e retorno até zero. Os efeitos mecânicos foram comparados com deformação de 4 mm. Resultados: na unidade de movimentação as forças de ativação apresentaram diferenças significantes (Damon 224, Easy Clip 241 e Smart Clip 299 cN) enquanto as forças de desativação foram menores no Damon (62 Cn) e semelhantes entre os braquetes Easy Clip (71 cN) e Smart Clip (76 Cn). Na unidade de ancoragem os momentos de ativação apresentaram diferenças significantes (Damon 314, Easy Clip 356 e Smart Clip 438 cN/mm) enquanto os momentos de desativação foram semelhantes entre os braquetes Damon e Easy Clip (239/242 cN/mm) e significativamente maiores no Smart Clip (317 cN/mm). Os valores de binding na ativação e desativação foram semelhantes. O percentual de histerese das forças foi 70% e dos momentos 28%. Conclusões: 1) as forças de desativação produzidas pelo fio Contour NiTi .014 foram semelhantes, o que indicou equivalência mecânica entre os braquetes Damon, Easy Clip e Smart Clip na unidade de movimentação; 2) os momentos de desativação produzidos pelo fio Contour NiTi .014 foram semelhantes entre os braquetes Damon e Easy Clip, e maiores no Smart Clip, o que indicou equivalência mecânica apenas entre os braquetes Damon e Easy Clip na unidade de ancoragem ; 3) a medição das forças de atrito por meio da tração contínua do fio ortodôntico não se mostrou adequada para medir o binding associado à força de desativação; 4) a histerese acentuada observada no início da desativação das forças foi influenciada pela superelasticidade do fio e pelo binding na unidade de ancoragem. / Bracket characteristics and wire stiffness dictate the mechanical effects that nickel titanium wire deformation will cause upon teeth. The main variables associated to bracket characteristics include bracket length (that influence interbracket distance), and coefficient of friction. The purpose of this research was to compare how self ligated brackets such as Damon, Easy Clip and Smart Clip influence moments, forces, and binding produced by the deformation of a .014 Niti Contour wire. Methods: a clinical simulation device with three .022x.028 stainless steel brackets representing canine and bicuspids was attached to an Instron universal traction machine in order to register the forces, and to a Lutron dynamometer to register the moments produced on the anchor unit. The displacement of the first bicuspid fixed on the Instron machine produced a first order deformation on the superelastic .014 Niti Contour wire. A load cell of 500 Newtons under a speed of 0,05mm/second was used during the deformation. Forces and moments were registered up to 4,5mm maximum displacement and during the return to zero. For each bracket model ten repetitions were performed. Binding registration was obtained on a separate test, by continuous traction of the Contour Niti wire during first order deformation up to 4,8mm and back to zero. The mechanical effects were compared with a 4mm deformation. Results: on the moving unit, the activation forces presented significant differences (Damon 224, Easy Clip 241 and Smart Clip 299cN), while the deactivation forces were smaller on Damon (62cN) and similar on the Easy Clip (71cN) and Smart Clip (76 cN). The activation moments on the anchor unit presented significant differences (Damon 314, Easy Clip 356 and Smart Clip 438 cN/mm), while the deactivation moments were similar in the Damon (239 cN/mm) and Easy Clip (242 cN/mm) brackets, and significantly larger on Smart Clip (317cN/mm). Activation and deactivation binding values were similar. The hysteresis percentage on forces was 70% and on moments 28%. Conclusions: 1) the forces produced by the .014 Contour Niti at the movement unit are similar among the Damon, Easy Clip and Smart Clip brackets; 2) the moments produced by the .014 Contour Niti at the anchor unit are similar between Damon and Easy Clip brackets, while the Smart Clip produces larger moments; 3) the method of measuring friction forces by continuous traction of the orthodontic wire is not adequate to measure the binding associated with deactivation forces; 4) hysteresis observed at the beginning of deactivation is influenced by binding.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-09T13:44:00Z No. of bitstreams: 1 ANTÔNIO ARISTÓFANES DA CRUZ GOMES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 3128879 bytes, checksum: 1a0aaa662fd3e47d06a1e3545ab63f87 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T13:44:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTÔNIO ARISTÓFANES DA CRUZ GOMES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 3128879 bytes, checksum: 1a0aaa662fd3e47d06a1e3545ab63f87 (MD5) Previous issue date: 2018-08-07 / CNPq / Os procedimentos cirúrgicos de reconstrução crânio facial vêm se desenvolvendo significativamente e grande parte desse progresso se deve às inovações nas técnicas cirúrgicas e ao emprego de novos materiais na fabricação dos dispositivos de fixação. O objetivo principal é tornar os procedimentos mais eficientes e menos invasivos aos pacientes, consequentemente haverá diminuição nos índices de retrabalhos. O emprego de Ligas com Memória de Forma (LMF) pode ser uma alternativa interessante nesses casos, uma vez que esses materiais possuem um comportamento adaptativo, com a capacidade de reagir a estímulos externos de natureza térmica ou mecânica. As LMF da família Ni-Ti lideram o interesse das pesquisas devido ao maior número de aplicações comerciais, principalmente nas áreas médica e odontológica. Essas LMF Ni-Ti, além de serem biocompatíveis possuem também módulo de elasticidade inferior ao de ligas de titânio, como o Ti-Al-V, e dos aços inoxidáveis. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é desenvolver um protótipo de placa de fixação óssea, que poderá ser destinada a procedimentos de trauma e reconstrução mandibular, utilizando uma LMF Ni-Ti com características superelásticas. Foi escolhido um elemento de fixação, tipo placa, como modelo para os protótipos e as dimensões foram baseadas em componentes fornecidos comercialmente. Para a fabricação dos dispositivos optou-se pelos processos de fundição de precisão: Plasma Skull Push-Pull (PSPP), e fusão por indução com injeção por centrifugação (FIC), os quais se mostraram bastante eficazes. Foram realizados ensaios de caracterização para determinar as propriedades térmicas e mecânicas do dispositivo fabricado. Os principais resultados foram um componente de rigidez variável com a temperatura, módulo de elasticidade da ordem de 50 GPa na temperatura corpórea e vida em fadiga ente 103 e 106 para amplitudes de deslocamento em flexão entre 0,5 mm e 2,5 mm. Estes resultados de caracterização termomecânica indicam o potencial das LMF Ni-Ti e dos processos de fundição de precisão para a produção de placas de fixação óssea. / Surgical procedures for facial skull reconstruction have been developing significantly and much of this progress is due to innovations in surgical techniques and the use of new materials in the manufacture of fastening devices. The main objective is to make the procedures more efficient and less invasive to the patients, consequently there will be a decrease in the rates of reworking. The use of Shape Memory Alloys (SMA) may be an interesting alternative in these cases, since these materials have an adaptive behavior, with the ability to react to external stimuli of a thermal or mechanical nature. The SMA of the Ni-Ti family lead the research interest due to the greater number of commercial applications, mainly in the medical and dental areas. In addition to being biocompatible, these Ni-Ti SMAs also have lower modulus of elasticity than titanium alloys, such as Ti-Al-V, and stainless steels. In this context, the objective of this work is to develop a prototype bone fixation plate, which can be used for trauma and mandibular reconstruction procedures, using a Ni-Ti SMA with superelastic characteristics. A plate-type fastening element was chosen as the prototype model and the dimensions were based on commercially supplied components. In order to manufacture the devices, it was chosen the precision casting processes: Plasma Skull Push-Pull (PSPP) and induction fusion with centrifugal injection (FCI), which proved to be quite effective. Characterization tests were performed to determine the thermal and mechanical properties of the fabricated device. The main results were a variable stiffness component with temperature, modulus of elasticity of the order of 50 GPa at body temperature and fatigue life between 103 and 106 for flexural displacement amplitudes between 0.5 mm and 2.5 mm. These thermomechanical characterization results indicate the potential of Ni-Ti SMA and precision casting processes for the production of bone fixation plates.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-23T13:32:14Z No. of bitstreams: 1 ROANA D'ÁVILA SOUZA MONTEIRO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 3977570 bytes, checksum: e1760f7cd8bdc07cce68f5b1aedd33a2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T13:32:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROANA D'ÁVILA SOUZA MONTEIRO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 3977570 bytes, checksum: e1760f7cd8bdc07cce68f5b1aedd33a2 (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / Capes / As Ligas com Memória de Forma (LMF) constituem uma classe de materiais metálicos que possuem a capacidade de recuperar uma deformação pseudo plástica, introduzida por aplicação de carga mecânica, e retornar à sua forma original através de um simples aquecimento. O principal interesse nos atuadores de LMF utilizados no formato de molas helicoidais reside no grande deslocamento proporcionado pelo fenômeno de Efeito Memória de Forma (EMF), que permite a realização de trabalho mecânico quando este componente é submetido a diferentes condições de temperatura e cargas mecânica. No caso de elementos de LMF em estado de superelasticidade (SE) na temperatura ambiente, quando a carga mecânica é aplicada e mantida sob o material, a deformação originada pela formação de martensita induzida por tensão poderá também ser revertida por meio de um aquecimento. Nesse caso, tem-se um EMF em um elemento de LMF originalmente superelástico. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é realizar a caracterização eletromecânica de uma mini mola superelástica de LMF NiTi (Nitinol) quando submetida a um carregamento mecânico constante, avaliando a influência da taxa de variação da corrente elétrica e do aumento da carga mecânica nas temperaturas de transformação, além de determinar o comportamento do deslocamento com a variação de resistência elétrica. Para isso, foi desenvolvida uma plataforma experimental capaz de submeter a mini mola a carregamento mecânico constante (peso) e sinais de corrente elétrica variáveis com o tempo. Verificou-se que, para todas as cargas mecânicas e níveis de corrente elétrica, os resultados para a taxa de variação da corrente elétrica mais lenta (6 mA/s) apresentou uma melhor resposta em deslocamento e na variação da resistência elétrica quando comparados com a taxa mais rápida (12 mA/s), embora esta última resulte em um comportamento histerético mais estreito (resistência elétrica versus deslocamento). Também foi observado um aumento das temperaturas de transformação com o aumento da carga mecânica, como esperado pela lei de Clausius-Clayperon para LMF. Finalmente, foi verificada uma relação praticamente linear entre a variação do deslocamento e a variação de resistência elétrica, no aquecimento e no resfriamento. / The Shape Memory Alloys (SMA) are a class of metallic materials that have the ability to recover pseudo plastic deformation introduced by the application of mechanical load, and return to original shape by heating. The main interest in the SMA actuators used in the form of coil springs lies in the large displacement provided by the shape memory effect (SME) phenomenon, which allows performing mechanical work when the component is subjected to varying conditions of temperatures and mechanical loads. In the case of SMA elements in a state of superelasticity (SE) at room temperature, when mechanical load is applied and maintained on the material, the deformation caused by the formation of stress induced martensite can be reversed by heating. In this case, we have a SME in a SMA element originally superelastic. In this context, the objective of this work is to realize the electromechanical characterization of a superelastic mini coil spring of Ni-Ti SMA (Nitinol), when subjected to a constant mechanical loading, evaluating the influence of the electric current rate, the influence of mechanical load on the phase transformation temperatures, and determining the displacement behavior to the variation of electrical resistance. For this, an experimental platform was developed to submit the mini spring under constant load (dead weight) to electric current signals varying with time. It was found that for all mechanical loads and electrical current levels, the results for the slower rate of change electrical current (6 mA/s) showed a better response in displacement and the variation in the electrical resistance when compared to faster rate (12 mA/s), although the faster rate present a narrower hysteretic behavior (electrical resistance vs displacement). There was also verified an increase in phase transformation temperatures with increased mechanical load, as expected by the Clausius-Clayperon law for SMA. Finally, a practically linear relationship was found between the change in displacement with the variation in electrical resistance, during heating and cooling.