Desenvolvimento de software para análise e simulação de ensaio de tração aplicado na Engenharia Biomédica
Data
2022
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Editor
Universidade Brasil
Resumo
As propriedades físicas e químicas dos materiais além de requisitos biológicos que são de fundamental importância no desenvolvimento dos materiais com aplicação biomédica, as características físicas são obtidas principalmente por ensaios de tração, já o formato de um implante pode ser simulado em um software comercial, que utilizam essas características físicas dos materiais como parâmetros para executar o algoritmo de simulação. Como normalmente o formato e dimensões são fixas e com características peculiares, a seleção da família do material é limitada, e mesmo dentro da família os materiais podem ser sub ou sobre dimensionados, para solucionar este problema o software possibilitará ao projetista simular o projeto calculando um material virtual característico nos limites da variável de controle, utilizando como base os testes físicos dos materiais sub e sobre dimensionados. O objetivo desta tese é desenvolver virtualmente ensaios mecânicos como auxílio no desenvolvimento de materiais biomédicos, com base em resultados de ensaios de tração físicos, o software poderá simular um ensaio mecânico. Foram realizados nove testes físicos de tração em máquina Emic para cada uma das variáveis de controle (Velocidade e Diâmetro), a quais foram subdivididos em três grupos, nas velocidades de 7, 15 e 22mm/min em aço inox 304, e nos diâmetros de 10, 11 e 12mm em aço SAE 1020. No comparativo realizado entre os materiais virtuais em 15mm/min e no diâmetro de 11mm, o software mostrou-se eficiente com erro menor que 3% quando os resultados foram comparados ao ensaio físico em máquina universal a ao ensaio virtual em software comercial. O Software desenvolvido além de localizar graficamente os pontos de interesse em curvas de tensão/deformação também produz matematicamente um biomaterial virtual, passivo de simulação em software comercial com formas e dimensões de um implante ou biocomponente.
Abstract
The physical and chemical properties of materials in addition to biological requirements are of fundamental importance in the development of materials with biomedical application, the physical characteristics are obtained mainly by tensile tests, whereas the shape of an implant can be simulated in commercial software, which use these physical characteristics of the materials as parameters to run the simulation algorithm. As normally the shape and dimensions are fixed and with peculiar characteristics, the selection of the material family is limited, and even within the family the materials can be under or over dimensioned. To solve this problem, the application will enable the designer to simulate the project by calculating a characteristic virtual material within the limits of the control variable, using as basis the physical tests of the under and over dimensioned materials. The objective of this thesis is to develop virtual mechanical tests as an aid in the development of biomedical materials, based on results of physical tensile tests, the application can simulate a mechanical test. Nine physical tensile tests were performed in an Emic machine for each of the control variables (Speed and Diameter), which were subdivided into three groups, at speeds of 7, 15 and 22 mm/min on 304 stainless steel, and diameters of 10, 11 and 12 mm on SAE 1020 steel. In the comparison performed between the virtual materials at 15 mm/min and 11 mm diameter, the application proved to be efficient with error lower than 3% when the results were compared to the physical test on a universal machine and the virtual test on commercial software. The developed application besides graphically locating the points of interest on stress/strain curves also produces mathematically a virtual biomaterial, passive of simulation in commercial software with shapes and dimensions of an implant or biocomponent.
Descrição
Palavras-chave
Ensaio, Tração, Materiais, Biomédico, Simulação