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Desenvolvimento de um método híbrido para caracterização dos campos de deslocamentos e de deformações em materiais hiper-elásticos

Author(s): Mendonça, Bebiana Alexandra Bragança

Date: 2013

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10198/9221

Origin: Biblioteca Digital do IPB

Subject(s): Tecidos biológicos; Materiais hiper-elásticos; Correlação digital de imagem; Simulação numérica


Description

A caracterização de tecidos biológicos tornou-se área de elevado interesse nos últimos anos devido ao uso crescente e o desenvolvimento de implantes artificiais para tecidos moles, em especial, implantes fabricados em polímeros da família dos polidimetilsiloxano (PDMS). Os tecidos apresentam um comportamento mecânico não-linear, o qual difere em muito do comportamento dos materiais típicos utilizados em Engenharia. Este aspeto traz uma enorme dificuldade na caracterização de tecidos moles e, assim, torna necessário o desenvolvimento de novas técnicas experimentais associadas a algoritmos numéricos. Este trabalho apresenta a caracterização mecânica do comportamento da bexiga suína, mucosa vaginal humana e material polimérico artificial (PDMS), recorrendo a uma técnica híbrida, a qual combina a medição experimental do campo de deslocamentos, adquiridos durante um ensaio de tração, com a simulação numérica, utilizando leis constitutivas do material. A técnica experimental de Correlação Digital de Imagem (DIC) foi utilizada para a medição com elevada resolução espacial do campo deslocamentos nos tecidos biológicos hiper-elásticos. Durante o ensaio de tração dos tecidos biológicos foi observada libertação de fluido da amostra, o qual resultou na perda de informação e limitou a análise do campo de deslocamentos. O método híbrido mostrou ser eficaz na caracterização de campos de deslocamentos e coerência com as medições experimentais obtidas através da técnica de Correlação Digital de Imagem.

The characterization of biological tissues has become high interest area in recent years due to the grow uses and the development of artificial soft tissues implants. In particular, implants manufactured in polidimetilsiloxano (PDMS) polymers. These tissues present a non-linear mechanical behavior, which highly differs from typical engineering materials. This aspect brings an enormous difficulty in characterization of soft tissues and thus required the development of new experimental techniques associate to numerical algorithms. This work presents the mechanical characterization of swine bladder, human vaginal mucosa and artificial material PDMS, based on a hybrid technique, which combines the experimental measurement of displacement field, acquired during a tensile test, with numerical simulation, using material constitutive laws. The Digital Image Correlation technique was used for high spatial resolution measurement of the displacements field on the hyper-elastic biological tissues. During the tensile test of biological tissues was observed fluid release from specimen, producing speckle decorrelation and limited the analysis to low displacements. The proposed hybrid method show to very effective in the characterization of displacement fields and coherency with experimental measurements obtained using Digital Image Correlation technique.

Document Type Master thesis
Language Portuguese
Advisor(s) Ribeiro, J.E.; Martins, Pedro; Lopes, H.
Contributor(s) Mendonça, Bebiana Alexandra Bragança
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