Caracterización numérica de propiedades mecánicas de distintas configuraciones de espumas de titanio mediante el método de elementos finitos

Abstract

El trabajo de título expuesto a continuación tiene como objetivo caracterizar numéricamente el comportamiento mecánico de distintas configuraciones de espumas de Titanio a través del Método de Elementos Finitos (MEF). Uno de los usos del Titanio en el ámbito de la medicina son los implantes óseos. Con el desarrollo de este modelo se quiere proponer una alternativa para establecer los parámetros adecuados que conllevarán al logro de las propiedades mecánicas deseadas en un material poroso. De esta manera, se buscó reducir los costos asociados al desarrollo experimental, el que actualmente se realiza mediante ensayos destructivos usando materiales espaciadores. Para conseguir tal propósito, se dispuso de modelos cúbicos de espumas de lado 200[µm] con 26, 36, 46, 56 y 66 [%] de poros en base al volumen total del cubo, los que han sido sometidos a un cierto nivel de deformación, de forma tal que se pudiera obtener el comportamiento de las espumas de Titanio tanto en el rango de deformación elástico, como en el rango de deformación plástico cuando se considera un modelo de plasticidad bilineal para el Titanio. Con relación a los resultados obtenidos, los trabajos realizados con las probetas de porosidad cercana al 66% entregan un módulo de Young similar al del hueso cortical humano y a los resultados obtenidos de manera experimental. Además, las probetas de porosidad cercana al 46% presentaron un límite elástico similar a los obtenidos mediante experimentos y afines a las características del hueso cortical humano que se busca reemplazar mediante intervenciones médicas. Por todo lo anterior, se concluye que la simulación de probetas porosas es un método efectivo al realizar cálculos con probetas que tienen entre 46% y 66% de porosidad según el caso analizado y de esta manera anticiparse a los resultados obtenidos de manera experimental.