Caracterização numérico-experimental de uma ligação roscada em tecido ósseo cortical - Olmos, Andrea Alexandra Rodrigues dos (2017)
Nesta dissertação, apresenta-se um estudo numérico-experimental do desempenho de ligações aparafusadas em tecido ósseo cortical, submetidas a esforços de arrancamento. O estudo tem como objetivo analisar o efeito de alguns parâmetros geométricos da ligação aparafusada, designadamente o passo e a configuração do filete de rosca do parafuso, para o mesmo diâmetro nominal. O efeito do passo da rosca avalia-se mediante a comparação de dois parafusos de rosca triangular de métrica normal e de rosca triangular de métrica fina. A avaliação da influência do perfil da rosca realizou-se comparando o desempenho da ligação dos dois parafusos de rosca triangular, com um parafuso, cujo perfil de rosca é adaptado ao perfil de rosca dente-de-serra. Nesta avaliação, medem-se parâmetros como a rigidez e a carga máxima, através de ensaios experimentais realizados em provetes de contraplacado marítimo (material substituto do osso), com configuração regular (quadrados), com a mesma orientação. Os resultados experimentais mostram que os dois parafusos de rosca triangular de métrica normal e de métrica fina apresentam valores muito semelhantes no que se refere à carga máxima e à rigidez, o que indica que a diminuição da altura do filete de rosca não acrescenta ganhos para a ligação. Já o parafuso de rosca adaptado ao dente-de-serra apresenta valores de carga máxima superiores, contudo não muito significativos comparativamente com os restantes parafusos, indicando no entanto que a mudança para este tipo de perfil de rosca promove uma ligação roscada mais eficiente. O estudo da caracterização do arrancamento de ligações aparafusadas em provetes regulares, constituídos por um material pouco estudado implica a determinação das respetivas propriedades elásticas. Deste modo, importa realizar ensaios de flexão em três pontos para a determinação do módulo de elasticidade longitudinal. Numericamente, desenvolveram-se modelos de elementos finitos tridimensionais das ligações aparafusadas em estudo, com o propósito de simular o ensaio mecânico, combinando elementos finitos de interface com superfícies de contacto. Verificou-se que o comportamento global pode ser reproduzido pela lei de dano coesivo de configuração trapezoidal. A alteração das configurações geométricas dos parafusos não influencia a dimensão da zona de processo de fratura. Relativamente à validação dos modelos numéricos verifica-se que os ensaios resultam do efeito combinado de tensões normais e de corte. As tensões normais nas diferentes ligações roscadas indicam uma região submetida à tração na extremidade próxima do ponto de aplicação da carga de arrancamento, e uma região sob compressão na extremidade oposta. Nas tensões de corte é possível visualizar uma simetria em relação ao eixo do parafuso. A análise das tensões ao longo do comprimento de rosca indica que o início de dano acontece a meio da ligação roscada, com o contributo de tensões em modo II, e que na região próxima do ponto de aplicação da carga ocorre com o contributo de tensões em modo I. Constata-se que a propagação do dano acontece em modo misto.