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Previous issue date: 2013-12-16 / Universidade Federal de Sao Carlos / The stress shielding phenomenon, resulting from the large difference between materials usually employed in prosthesis and the femur Young modulus, promotes significant bone mineral density loss, which originates several complications after hip arthroplasty. In this work, cervical-diaphisary angle and stem length influence over the mechanical stimulus for the bone remodelling, besides the effect of the low modulus alloy adoption, were evaluated by numerical simulation using the finite element method. In order to validate the computational model, a circular polariscope bending test was proposed, aming to photoelastic stress analysis. Results obtained on numerical simulation and on tests with optical monitoring seem to be both well enough confluent. It can be said that stem length reduction caused considerable increase in load transfer to femur, while cervical-diaphisary angle reduction did not produce so relevant effect. The employment of a low modulus stem, on the other side, really provided the elevation of load transfer to femur on higher levels than it has been achieved by the redesign of prosthesis geometrical features. It is understood that the combination of numerical simulation and photoelastic stress analysis may clearly contribute on an improvement of hip prosthesis design and registration process at ANVISA. / O fenômeno stress shielding, decorrente da grande diferença entre o módulo de elasticidade dos materiais comumente empregados em próteses e o módulo de elasticidade do fêmur, promove uma perda significativa de densidade mineral óssea, a qual origina diversas complicações após uma artroplastia de quadril. Neste trabalho, a influência do ângulo colodiafisário e do comprimento da haste femoral sobre o estímulo mecânico ao remodelamento ósseo, assim como o efeito da adoção de um material de módulo de elasticidade reduzido, foram avaliados por meio de simulação númérica, utilizando o método dos elementos finitos. Visando validar o modelo computacional, foi proposto um ensaio de flexão em polariscópio circular, direcionado à análise fotoelástica de tensões. Os resultados obtidos nas simulações numéricas e nos ensaios sob monitoramento óptico mostraram-se satisfatoriamente confluentes. Pode-se dizer que a redução do comprimento da haste ocasionou um aumento bastante considerável na transferência de carga ao fêmur, ao passo que a diminuição do ângulo colodiafisário não produziu efeito tão relevante. O emprego de uma haste com módulo de elasticidade reduzido, por sua vez, proporcionou a elevação da transferência de carga ao fêmur em níveis muito superiores ao que pode ser obtido pelo reprojeto das variáveis geométricas da prótese. Entende-se que o emprego de simulação numérica combinada com a análise fotoelástica de tensões pode efetivamente contribuir com o aprimoramento do projeto e do processo de registro das próteses de quadril junto à ANVISA.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/714 |
| Date | 16 December 2013 |
| Creators | Antonialli, Armando ítalo Sette |
| Contributors | Bolfarini, Claudemiro |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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