Avaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágeno

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Lanzendorf, Jonas Zin
Orientador(a): Fancello, Eduardo Alberto
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Link de acesso: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/259672
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2024.
id UFSC_f83d0afc5b8abd4b0b0d7f3558cb8d1e
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/259672
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str
spelling Universidade Federal de Santa CatarinaLanzendorf, Jonas ZinFancello, Eduardo AlbertoCarniel, Thiago André2024-09-12T23:25:46Z2024-09-12T23:25:46Z2024387643https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/259672Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2024.O estudo do comportamento mecânico de tecidos biológicos moles através de simulação computacional tem sido amplamente utilizado em pesquisas de engenharia. Grande parte destes tecidos possuem quantidades expressivas de água em sua composição, provocando um comportamento mecânico dependente da interação do fluido com a matriz tecidual que o contém. Esse é o caso de diferentes tecidos conectivos como cartilagens, discos intervertebrais, tendões e ligamentos, frequentemente modelados mediante formulações poroelásticas e poroviscoelásticas. Em particular, o tecido conectivo tendinoso possui uma organização estrutural hierárquica de fibras colágenas, as quais são essencialmente dispostas na direção axial dos tendões, que se encontram submersas em uma mistura complexa chamada de substância fundamental. Esse arranjo confere ao tecido tendinoso comportamentos mecânicos específicos, como não linearidade na relação tensão-deformação, anisotropia e viscoelasticidade. Além disso, quando submetidos à tração ou compressão, os tendões podem variar consideravelmente de volume em função do fluxo de fluido que permeia suas fronteiras, adicionando dificuldades na caracterização do seu comportamento mecânico por meio dos modelos constitutivos clássicos aplicados a tecidos biológicos moles. Diante disso, o presente trabalho tem como objetivo verificar e comparar três modelos constitutivos clássicos (viscoelástico, poroelástico e poroviscoelástico) na caracterização de curvas experimentais (força de reação e volume) de ensaios de compressão semi-confinados de tendões bovinos, bem como explorar a física do modelo que melhor representa os resultados experimentais. A caraterização do tecido foi realizada através de um procedimento de identificação de parâmetros constitutivos. Uma abordagem híbrida foi adotada para a solução do problema de otimização, sendo utilizado o Particle Swarm Optimization (PSO) na varredura inicial do espaço de busca e o método de Nelder-Mead para a exploração local do potencial ponto de mínimo. Em vista da contabilização simultânea das respostas experimentais de força de reação e volume, foi empregado uma estratégia de solução de otimização multiobjetivo, a qual emprega o método das somas ponderadas (Weighted Sum Method) e funções erro baseadas no método dos mínimos quadrados. Essas tarefas foram realizadas através dos programas MATLAB e FEBio. Os resultados mostram que o modelo poroviscoelástico é o que melhor representa os resultados experimentais, sendo o único que consegue capturar as curvas de força de reação e volume simultaneamente. Além disso, indicam que o comportamento transversal dos tendões sob compressão é governado tanto pela fase sólida quanto pela fase fluida.Abstract: The study of the mechanical behavior of soft biological tissues through numerical simulation has been widely used in engineering research. Most of these tissues have significant amounts of water in their composition, causing mechanical behavior dependent on the interaction of the fluid with the tissue matrix that contains it. This is the case of different connective tissues such as cartilage, intervertebral discs, tendons and ligaments, which are often modeled using poroelastic and poroviscoelastic formulations. In particular, the tendon connective tissue has a hierarchical structural organization of collagen fibers, which are essentially arranged in the axial direction of the tendons, submerged in a complex mixture called ground substance. This arrangement gives the tendon tissue specific mechanical behaviors, such as nonlinearity in the stress-strain relationship, anisotropy and viscoelasticity. Also, when subjected to traction or compression, tendons can vary considerably in volume due to the fluid flow permeating their boundary, adding difficulties to characterize their mechanical behavior due to geometric dependence. Therefore, the present work aims to verify and compare three classic constitutive models (viscoelastic, poroelastic and poroviscoelastic) on the characterization of experimental curves (reaction force and volume) of semi-confined compression tests of bovine tendons, as well as explore the physics of the model that best represents the experimental results. The characterization was performed using a constitutive parameter identification procedure. A hybrid approach was adopted to solve the optimization problem, with Particle Swarm Optimization (PSO) being used for global search in the feasible space and the Nelder-Mead method for the local exploration of the potential minimum point. In view of the simultaneous accounting of the experimental responses of reaction force and volume, a multi-objective optimization solution strategy was used, which employs the Weighted Sum Method and error functions based on least squares method. These tasks were performed using MATLAB and FEBio programs. The results show that the poroviscoelastic model best represents the experimental results, which was able to capture the reaction force and volume curves simultaneously. Furthermore, they indicate that the transverse behavior of tendons under compression is governed by both the solid and fluid phases.90 p.| il., gráfs.porEngenharia mecânicaTecidos (Anatomia e fisiologia)TendõesBiomecânicaMétodo dos elementos finitosAvaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágenoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALPEMC2365-D.pdfPEMC2365-D.pdfapplication/pdf8670572https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/259672/-1/PEMC2365-D.pdf44ef56dfb1c1736117c4f5d23fadc49fMD5-1123456789/2596722024-09-12 20:25:46.955oai:repositorio.ufsc.br:123456789/259672Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestsandra.sobrera@ufsc.bropendoar:23732024-09-12T23:25:46Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.none.fl_str_mv Avaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágeno
title Avaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágeno
spellingShingle Avaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágeno
Lanzendorf, Jonas Zin
Engenharia mecânica
Tecidos (Anatomia e fisiologia)
Tendões
Biomecânica
Método dos elementos finitos
title_short Avaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágeno
title_full Avaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágeno
title_fullStr Avaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágeno
title_full_unstemmed Avaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágeno
title_sort Avaliação da contribuição do escoamento intersticial na resposta mecânica de tecidos tendinosos sob compressão semiconfinada transversal às fibras de colágeno
author Lanzendorf, Jonas Zin
author_facet Lanzendorf, Jonas Zin
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Lanzendorf, Jonas Zin
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Fancello, Eduardo Alberto
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Carniel, Thiago André
contributor_str_mv Fancello, Eduardo Alberto
Carniel, Thiago André
dc.subject.classification.none.fl_str_mv Engenharia mecânica
Tecidos (Anatomia e fisiologia)
Tendões
Biomecânica
Método dos elementos finitos
topic Engenharia mecânica
Tecidos (Anatomia e fisiologia)
Tendões
Biomecânica
Método dos elementos finitos
description Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2024.
publishDate 2024
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2024-09-12T23:25:46Z
dc.date.available.fl_str_mv 2024-09-12T23:25:46Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2024
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/259672
dc.identifier.other.none.fl_str_mv 387643
identifier_str_mv 387643
url https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/259672
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 90 p.| il., gráfs.
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/259672/-1/PEMC2365-D.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 44ef56dfb1c1736117c4f5d23fadc49f
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv sandra.sobrera@ufsc.br
_version_ 1851758859501174784

Registros relacionados