Publication
Fracture Characterisation of bonded joints between cortical bone tissue and bone cement
| dc.contributor.advisor | Silva, Francisco José Gomes da | |
| dc.contributor.author | Barbosa, Marta Luísa Sousa | |
| dc.date.accessioned | 2022-02-28T11:01:49Z | |
| dc.date.available | 2022-02-28T11:01:49Z | |
| dc.date.issued | 2021 | |
| dc.description.abstract | The process of evolution has led to the creation of fantastic materials. Bone is one of these materials and has a complex, anisotropic, hierarchical and heterogeneous microstructure, characterised by an excellent mechanical performance. However, as it is an almost fragile material, it often ends up fracturing. These fractures decrease the patient's quality of life and entail high costs for the health system. In order to deal with these fractures, the BoFraPla project arose, which aims to develop a fibrous system for fixing bone fractures. Therefore, in the scope of the activities of this project, the present dissertation emerges, proposing to mechanically characterise the bond between the bone and bone cement. From a thorough literature review, it was found that although the bone cement has been used for more than fifty years, there are few references to its mechanical characterisation and none were found that have made a clear characterisation of the fracture process between the bone and the cement. Hence, in this report, a pure mode I characterisation (tension) through a Double Cantilever Beam (DCB) test and another pure mode II characterisation (shear) through an End-Notched Flexure (ENF) test are presented. In order to overcome the difficulties in monitoring the crack length during the laboratory tests, a method based on the equivalent crack length was used. With this method, the resistance curve was drawn for each specimen and, in most of them, the existence of thresholds was remarkable, which allowed a correct measurement of the fracture energy for each test. In order to validate the results obtained, numerical simulations were performed with cohesive models. Through the results, it was possible to determine that the chosen tests, the defined dimensions and the adopted procedure, can be used to characterise the fracture of these two materials in the studied loading modes. | pt_PT |
| dc.description.abstract | O processo de evolução natural levou à existência de materiais fantásticos. O osso é um destes materiais e apresenta uma microestrutura complexa, anisotrópica, hierárquica e heterogénea, caracterizada por um excelente desempenho mecânico. Contudo, como se trata de um material quase frágil, inúmeras vezes acaba por fraturar. Estas fraturas diminuem a qualidade de vida do paciente e acarretam elevados custos para o sistema de saúde. Com vista ao tratamento destas fraturas, surgiu o projeto BoFraPla, que se propõe a desenvolver um sistema fibroso de fixação de fraturas ósseas. Assim, no âmbito das atividades deste projeto, surge a presente dissertação que se propõe a caracterizar mecanicamente a ligação entre o osso e um cimento ósseo. A partir de uma profunda revisão bibliográfica apurou-se que, apesar do cimento ósseo ser utilizado há mais de cinquenta anos, existem poucas referências à sua caracterização mecânica, não sendo encontrada nenhuma que fizesse uma clara caracterização do processo de fratura entre o osso e o cimento. Assim, neste relatório é apresentada uma caracterização em puro modo I (tensão), através de um ensaio Double Cantilever Beam (DCB) e outra caracterização em puro modo II (cisalhamento), através de um ensaio End-Notched Flexure (ENF). Para colmatar as dificuldades de monitorização do comprimento de fenda durante os ensaios laboratoriais, recorreu-se a um método baseado no comprimento de fenda equivalente. Com este método foi traçada a curva de resistência para cada provete, sendo notória a existência de patamares na sua maioria, o que permite uma correta medição da energia de fratura para cada ensaio. Com vista a validar os resultados obtidos, foram realizadas simulações numéricas com modelos coesivos. Através dos resultados, foi possível apurar que os ensaios escolhidos, as dimensões definidas e o procedimento adotado, podem ser utilizados para caracterizar à fratura entre estes dois materiais nos modos de carregamento estudados. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 202936660 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.22/20065 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Bone tissue | pt_PT |
| dc.subject | Bone cement | pt_PT |
| dc.subject | Fracture tests | pt_PT |
| dc.subject | Pure mode I and mode II | pt_PT |
| dc.subject | Finite elements | pt_PT |
| dc.subject | Cohesive models | pt_PT |
| dc.subject | Tecido ósseo | pt_PT |
| dc.subject | Cimento ósseo | pt_PT |
| dc.subject | Testes de fratura | pt_PT |
| dc.subject | Modo I e modo II puros | pt_PT |
| dc.subject | Elementos finitos | pt_PT |
| dc.subject | Modelos coesivos | pt_PT |
| dc.title | Fracture Characterisation of bonded joints between cortical bone tissue and bone cement | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia Mecânica - Materiais e Tecnologias de Fabrico | pt_PT |