[pt] Mecânica da fratura pode ser entendida como a área da ciência que
estuda a propagação de fissuras, trincas, fendas e demais falhas a partir
de processos mecânicos que venham afetar negativamente a resistência do
material. Tradicionalmente, os conceitos em que a resistência dos materiais
se baseiam não levam em conta a tenacidade à fratura do material, a qual
pode ser definida como a propriedade que quantifica a resistência à propagação
da trinca. A essência destes estudos pode ser aplicada em qualquer tipo de
material, como por exemplo na área médica ao se estudar o comportamento da
fratura óssea. Esse tipo de fratura geralmente surge através de traumas de alta
energia. O osso, em condições normais, possui a habilidade de suportar cargas
e absorver essa energia. Porém, caso haja um grande nível de energia associado
ao trauma o osso não consegue suportar e acaba sofrendo uma fratura. Este
trabalho tem o objetivo de desenvolver uma análise numérica em microescala de
um fraturamento ósseo utilizando o Método dos Elementos Finitos Estendido
(XFEM), a partir da simulação em 2D do mecanismo de início e propagação
de trincas da ponta de uma fratura inicial em uma unidade do osso compacto
chamada ósteon, que é delimitado pela camada cimentícia, uma zona pobre em
colágeno tipo 1. Dessa forma, foi possível compreender que a camada cimentícia
desempenha um papel de contenção, permitindo maiores deformações antes do
rompimento na propagação da fratura em microescala, além disso, também foi
verificado que ósteons na posição transversal possui a maior rigidez, enquanto
na posição longitudinal tem-se os modelos mais dúcteis, devido a influência do
canal de Haver. / [en] Fracture mechanics can be understood as the area of science that studies
the propagation of fractures, cracks, slits, and other flaws from mechanical
processes that may negatively affect the strength of the material. Traditionally,
the concepts on which the strength of the materials are based do not consider
the toughness to fracture of the material, which can be defined as the property
that quantifies the resistance to crack propagation. The essence of these studies
can be applied to any type of material, such as in the medical field when
studying the behavior of bone fractures. This type of fracture usually arises
through high-energy trauma. Bone, under normal conditions, can support loads
and absorb this energy. However, if there is a high level of energy associated
with the trauma, the bone cannot support it and ends up suffering a fracture.
This paper aims to develop a numerical microscale analysis of a bone fracture
using the Extended Finite Element Method (XFEM). This dissertation studies
two-dimensional simulations of the initiation and propagation mechanisms
of an initial fracture in a compact bone unit called the osteon, which is
bounded by the cement line, a zone that is low in type 1 collagen. In this
way, it was possible to understand that the cement layer plays a role of
containment, allowing greater deformations before rupture in the propagation
of the microscale fracture, in addition, it was also verified that osteons in the
transverse position have the greatest rigidity, while in the longitudinal position
they have the most ductile models were found, due to the influence of the Haver
channel.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:59376 |
| Date | 06 June 2022 |
| Creators | ICARO CAIQUE AZEVEDO ALMEIDA |
| Contributors | LUIZ CARLOS WROBEL |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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