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Dissertação

Finite Element Simulation of the electro-chemo-mechanical behavior of articular cartilage EVALUATED

Detalhes: A cartilagem articular é um meio poroso, reforçado por fibras de colagénio e saturado por um eletrólito aquoso. A presença de macromoléculas eletricamente carregadas, os proteoglicanos, origina fenómenos de interação eletro-quimio-mecânica que otimizam a adaptação do tecido às ações fisiológicas. No presente trabalho, (1) uma lei constitutiva e (2) um modelo de difusão generalizada para a cartilagem articular, desenvolvidos por Loret et al. [1–3], são considerados. Neste modelo, as fibras de colagénio constituem a fase sólida do meio poroso, enquanto que a fase fluida é composta por água, proteoglicanos e sais inorgânicos dissolvidos. Um programa de elementos finitos formulado com base no modelo referido é desenvolvido em ambiente MATLAB com o objetivo de simular numericamente a resposta de um provete de cartilagem articular à combinação de ações químicas e mecânicas. O provete de cartilagem articular, lateralmente confinado, está imerso num banho cuja composição química pode ser alterada, admitindo-se que existe sempre equilíbrio eletro-químico na interface entre o banho e o tecido. No entanto, o equilíbrio no interior do tecido não é atingido instantaneamente. De facto, o tempo necessário para se estabelecer o regime permanente depende de várias propriedades materiais como, por exemplo, o tempo de percolação e o tempo de difusão associados à lei de Darcy e à lei de Fick, respetivamente. Nas simulações numéricas obtêm-se perfis espaciais e temporais de várias grandezas mecânicas, químicas e elétricas definidas no interior do tecido, devidos à ação isolada ou combinada de carregamentos químicos e mecânicos, que permitem caracterizar o seu comportamento.
Keywords: Cartilagem articular, Osteoartrose, Interações electro-quimio-mecânicas, Método dos elementos finitos

Discussão: dezembro 2, 2020, 9:0