Research on Biomedical Engineering
https://rbejournal.org/article/5889fb665d01231a018b45f8
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Resistência mecânica e tenacidade à fratura do osso cortical bovino

Strength and fracture toughness of bovine cortical bone

Loffredo, Maria de Castro Monteiro; Ferreira, Itamar

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Resumo

As "fraturas de stress" são fraturas causadas pela fadiga óssea em pessoas jovens e saudáveis e não possuem causas definidas para ocorrerem. Para contribuir com o entendimento desse problema este estudo tem como proposta identificar algumas propriedades mecânicas do osso cortical bovino por meio do ensaio de flexão em três pontos e do ensaio de tenacidade à fratura. Foi, então, estudado o comportamento mecânico de uma barra retangular de osso cortical bovino. Os resultados mostraram que apesar do osso cortical ser um material mecanicamente resistente, com módulo de ruptura (MOR) médio de 227,5 ± 16,8 MPa, possui níveis relativamente baixos de tenacidade à fratura, apresentando KIc médio de 9,6 ± 1,8 MPa/m². Também mostrou ser um material pouco rígido, como módulo de elasticidade igual a 7,8 ± 1,9 GPa. A análise fractográfica dos espécimes ensaiados mostrou que o osso apresenta alguns mecanismos de fratura característicos e que suas microestruturas estabelecem funções na nucleação e propagação da trinca, tornando o osso mais ou menos tenaz. Com isso, conclui-se que o osso cortical bovino não possui propriedades mecânicas excelentes, sendo este um fator desencadeador das fraturas de stress.

Palavras-chave

Osso cortical, Resistência mecânica, Tenaci dade, Mecanismo de fratura.

Abstract

Stress fractures occur by loading fatigue in bones of young and healthy people during physical exercises. The main cause of stress fractures is still unknown. Thus, in order to contribute to the better understanding of this particular medical issue, this study proposes to identify some of the mechanical properties of bovine cortical bone. A rectangular beam of bovine cortical bone was then tested in three point bending to assess its values of modulus of rupture and Young’s modulus. Fracture toughness tests were conducted in single-edge notched specimens. Results showed that bone is a strength material, with averaged modulus of rupture of 227.5 ± 16.8 MPa, and a low value of fracture toughness averaged in 9.6 ± 1,8 MPa/m². Bovine cortical bone also showed low values of Young’s modulus (7.8 ± 1.9 GPa). The fractographic analyses of tested specimens showed that bones have some characteristic fracture mechanisms during failure and its microstructures influence the initiation and propaga tion of cracks, making it more or less resistant to crack propagation. Therefore, cortical bone doesn’t show excellent mechanical properties, which may contribute to stress fractures to occur.

Keywords

Cortical bone, Strength, Toughness, Fracture mecha nisms.
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Res. Biomed. Eng.

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