Modelagem tridimensional em elementos finitos, validação e análise de tensões e deformações devido ao impacto em coluna vertebral humana

Resumo

As pesquisas em Bioengenharia têm apresentado um significante crescimento nos últimos anos, principalmente nos estudos do comportamento biomecânico de colunas vertebrais. Uma das situações mais críticas para a coluna vertebral humana é quando esta é solicitada por ação de um impacto. O impacto faz com que altas tensões surjam e que fraturas ocorram. Assim, estudar o comportamento dinâmico de colunas vertebrais sujeitas a estas condições é essencial para o entendimento do fenômeno e para a proposição de novas metodologias e técnicas para o tratamento clínico. Entretanto, um estudo clínico, experimental ou analítico das tensões neste tipo de conjunto é muitas vezes impraticável, devido à natureza biológica e as condições não lineares presentes. Em virtude disto, muitos pesquisadores têm utilizado o Método dos Elementos Finitos (MEF) para a realização destas pesquisas. Através deste método, pode-se avaliar situações não lineares (interações biomecânicas), com geometrias complexas e de difícil experimentação. Porém, no caso de aplicação em colunas, o desenvolvimento de um modelo que simule e preveja as condições de trabalho e seu comportamento mecânico é complexo, pois se trata de um sistema de vários componentes, com geometrias, materiais e funções mecânicas distintas. Então, para a melhoria das técnicas de modelagem e da qualidade dos estudos em Bioengenharia, melhores modelos computacionais devem ser gerados, estudados e validados. Quanto mais fidedigno o modelo, mais confiáveis serão os resultados gerados pelo método. Portanto, os objetivos deste trabalho são o de desenvolver um modelo tridimensional de Elementos Finitos de uma coluna vertebral humana contendo as vértebras de C1 a C5; o de validar este modelo a partir de resultados experimentais e, após isto, realizar análises com o modelo, estudando as deformações e as tensões causadas em uma situação de impacto. (AU)