Simulação numérica através do método dos elementos finitos e comparação experimental para obtenção de tensões e deformações específicas em fêmur com prótese total de quadril

Abstract

As tensões atuantes no fêmur com prótese total de quadril devem ser compreendidas para a melhoria nos processos de fabricação, cirúrgicos e reabilitação de um paciente implantado refletindo em sua qualidade de vida após a cirurgia. Essa pesquisa tem por finalidade a modelagem e a simulação numérica das tensões e deformações específicas atuantes num conjunto fêmur-prótese a fim de avaliar o comportamento estrutural do fêmur e verificar as maiores tensões em sua diáfise medial após uma Artroplastia Total de Quadril (ATQ), através do Método dos Elementos Finitos (MEF) e a comparação dos dados obtidos na simulação com dados obtidos experimentalmente. A simulação foi realizada pelo software ANSYS® de acordo com as normas da ABNT para ensaios em próteses de quadril. Um conjunto osso-prótese foi submetido a um carregamento de até 1000 N na direção perpendicular ao eixo horizontal, na linha de inserção da prótese. Foram realizadas simulações considerando o conjunto com propriedades biológicas e ortotrópicas, sintéticas e isotrópicas, uma simulação considerando um fêmur intacto e isotrópico para comparação e um ensaio laboratorial em um conjunto formado por um fêmur sintético e uma prótese de liga de titânio, nas mesmas condições das simulações computacionais com o objetivo de comparar as deformações. Concluiu-se que a partir das condições impostas neste trabalho, as tensões em um conjunto osso-prótese são muito próximas das tensões em um fêmur intacto, possuindo as mesmas tendências no que se diz respeito às fraturas por carregamento

The stresses acting on the femur with total hip replacement should be understood to improvement in manufacturing, surgical and rehabilitation of a patient implanted processes reflecting on their quality of life after surgery. The research aims to model simulate computationally the forces acting on a femoral prosthesis set, to evaluate the structural behavior of the femur and checker the biggest stresses in your diaphysis after Total Hip Arthroplasty using the Finite Element Method (FEM). ANSYS software was used for the simulation. The conditions imposed in accordance with ABNT for hip prostheses trials were used in the process. A bone-prosthesis set was subjected to a load up to 1000 N in the perpendicular direction to the horizontal axis on the line of insertion of the prosthesis. Simulations were performed considering the set biological, orthotropic, synthetic and isotropic properties. Three computational simulations under the same conditions were performed in order to compare the deformations. A simulation considering an intact isotropic femur with the and a laboratory test of a set consisting of a synthetic femur and a titanium alloy femoral prosthesis. Based on the conditions imposed in this study we conclude that the stresses in a bone prosthesis set are very similar to a tension in an intact femur, having the same trends with respect to the loading fractures