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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2006.tde-17012011-095223
Document
Author
Full name
Amauri Bravo Fernêda
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2006
Supervisor
Committee
Carvalho, Jonas de (President)
Claro Neto, Salvador
Fortulan, Carlos Alberto
Geromel, Luiz Henrique
Silva, Orivaldo Lopes da
Title in Portuguese
Estudo teórico-experimental do comportamento elastoplástico de poliuretano derivado do óleo de mamona (Ricinus communis)
Keywords in Portuguese
Comportamento mecânico
Ensaios de prótese de quadril
Ensaios quase-estáticos
Identificação de parâmetros de material
Materiais poliméricos
Simulação computacional
Abstract in Portuguese
Os biopolímeros surgem como materiais alternativos no atendimento aos requisitos de desempenho que a área médica tem exigido para implantes ósseos. Nesse contexto o polímero poliuretano derivado de óleo de mamona (Ricinus communis) tem obtido lugar de destaque. Mesmo assim, esse material, considerado um biopolímero regenerador ósseo, ainda necessita de investigação mecânica consistente para uma aplicação de forma confiável. No entanto, há uma grande dificuldade em se prever o comportamento mecânico das estruturas fabricadas por biopolímeros. Diante desse fato, o presente projeto de pesquisa visa através de ensaios experimentais em amostras padronizadas para ensaios de tração e compressão, bem como, ensaios normalizados para próteses de quadril, adquirir propriedades de material adequadas para a implementação dos modelos computacionais, assim como dados de comportamento mecânico sob solicitação. De posse desses dados, através do método dos elementos finitos, são realizadas simulações computacionais com o objetivo de verificar a capacidade do modelo de material de Drucker-Prager representar o comportamento mecânico do biopolímero. Este modelo é aplicado inicialmente na simulação dos ensaios de tração e compressão e posteriormente nas simulações das próteses em biopolímero, onde carregamentos mais complexos estão presentes. Os resultados obtidos nas simulações são analisados e discutidos para fins de validação do uso deste modelo de material em estruturas fabricadas com o biopolímero.
Title in English
Theoretical and experimental study of the elastoplastic behavior of the castor oil polyurethane (Ricinus communis)
Keywords in English
Computational analysis
Hip prosthesis tests
Material parameters identification
Mechanical behavior
Polymeric materials
Quase-static tests
Abstract in English
Biopolymers have been widely used as alternative materials to attend the performance requirements that medical area has demanded to bone implants. In this way, the Castor Oil Polyurethane (Ricinus communis) has taken a distinct place. Nevertheless, this material, considered bone constructive, still needs a consisting mechanical investigation for a reliable application, despite the great difficulty to predict the mechanical behavior of biopolymer structures. Face this fact, this work intends through experiments in normalized specimens for tensile and compressive tests, as well as normalized tests for hip implants, to obtain material properties and mechanical behavior data required to implement computational models of the hip prosthesis. Using the finite element method, computational simulations are carried out to verify the capability of Drucker-Prager material model to represent the biopolymer mechanical behavior. This model is first applied in tensile and compressive tests simulations, and further in prosthesis biopolymer simulations, where more complex loadings are present. The results of these simulations are analyzed and discussed in order to validate the use of this material model in biopolymers structures.
 
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Publishing Date
2011-02-07
 
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