Investigação do estado de tensões em ossos usando o método dos elementos finitos

Abstract

O presente trabalho apresenta uma análise pelo Método dos Elementos Finitos de uma prótese coxo-femural cimentada. Assume-se que a prótese cimentada está perfeitamente fixa, garantindo uma boa transmissão de cargas entre a prótese e o osso. Considera-se uma prótese cilíndrica cimentada dentro de um osso tubular, obtendo-se uma estrutura tridimensional composta por dois materiais diferentes. Aproveita-se da geometria axissimétrica da estrutura prótese-osso apresentada para reduzir o problema a duas dimensões. Partindo-se de uma malha inicial com poucos elementos, faz-se uma análise de erro em tensões para definir quais elementos devem ser refinados. Assim gera-se uma nova malha para análise de tensões. Continua-se este processo até que o ero seja reduzido a um nível desejado. Usando-se a última malha obtida faz-se uma análise estática e outra dinâmica para carregamentos idealizados representando a situação de uma pessoa subindo uma escada e também a de uma pessoa caminhando. As cargas aplicadas são consideradas como uma função de cossenos e representadas através de uma série de Fourier. Foi feita uma análise considerando-se o osso como um material isotrópico e outra considerando-o um material ortotrópico. Feita esta comparação, optou-se por utilizar os coeficientes ortotrópicos para as análises seguintes. Estes coeficientes foram obtidos de ensaios reportados na literatura. O nível de deformação encontrado na estrutura está dentro de valores limites reportados na literatura, para os quais haveria um equilíbrio entre absorção e crescimento ósseo.