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CONEM 2022
XI Congresso Nacional de Engenharia Mecânica - CONEM 2022
Análise Numérica do Efeito Poynting em Tecido Biológico Submetido ao Cisalhamento
Submission Author:
Vanusa dos Santos Alcantara , RJ
Co-Authors:
Vanusa dos Santos Alcantara, Fernando Araújo, Rafael Oliveira Santos
Presenter: Vanusa dos Santos Alcantara
doi://10.26678/ABCM.CONEM2022.CON22-0489
Abstract
Os tecidos biológicos moles apresentam um comportamento mecânico complexo que se assemelha aos de materiais hiperelásticos. Esses materiais quando submetidos à torção ou ao cisalhamento simples tendem a expandirse ou contrair-se na direção perpendicular aquela da tensão cisalhante aplicada, apresentando assim o efeito Poynting positivo ou negativo, respectivamente. Esse fenômeno não linear se torna evidente quando um cilindro é submetido à torção e seu comprimento axial é alterado. Estudos recentes mostram que amostras cilíndricas fibrosas sob pequenos ângulos de torção, dentro da faixa de resposta fisiológica, apresentam um efeito Poynting negativo. Porém, para ângulos de torção maiores obtém-se o efeito Poynting positivo usual. Devido ao fato de tecidos biológicos apresentarem um comportamento mecânico complexo, há um crescente interesse na caracterização do efeito Poynting em diferentes sólidos moles, tais como, borrachas naturais e sintéticas e compósitos flexíveis reforçados com fibras. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo analisar o efeito Poynting, por meio do método dos elementos finitos para amostras de tecido cerebral de suíno submetidas a esforços de torção e de cisalhamento simples. As simulações foram realizadas via ABAQUS/Implicity, empregando o modelo de energia de deformação hiperelástica de Mooney-Rivlin. Para a simulação de torção adotou-se um modelo 3D deformável com um corpo de prova cilíndrico sólido de 20 mm de diâmetro. Para a simulação do cisalhamento simples, foi utilizado um modelo 2D sob a simplificação de estado plano de tensão. Os resultados obtidos por meio das simulações numéricas apresentaram um efeito Poynting positivo para ambos os casos. Assim, o material do corpo de prova tende a expandir na direção perpendicular ao plano de cisalhamento. Para validação da previsão numérica, os resultados obtidos em torção foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura e os de cisalhamento simples foram relacionados com resultados analíticos. De forma geral, obteve-se uma boa correlação entre os dados obtidos pelos diferentes métodos.
Keywords
Efeito Poynting, Métodos de Elementos Finitos, Biomateriais Moles, Cisalhamento simples, Torção
