Utilização de modelos geométricos simplificados de uma córnea para fins de otimização / Use of simplified geometrical models of a cornea for optimization purposes

Resumo Otimização por Enxame de Partículas (PSO) é uma técnica de inteligência artificial (AI), que pode ser usada para encontrar soluções aproximadas para problemas numéricos de maximização e minimização extremamente difíceis. Neste trabalho, utilizou-se um algoritmo PSO para comparar os deslocamentos sofridos por uma amostra de córnea humana submetida à uma pressão interna de 45 mmHg com resultados de simulações numéricas e identificar valores otimizados para propriedades hiperelásticas da córnea (µ e α). Por meio dos resultados das simulações via análise inversa pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), em conjunto com o algoritmo PSO, foram encontrados valores otimizados de µ = 0,047 e α = 106,7. Quando comparado com resultados otimizados por meio de um software comercial, foram encontrados erros de aproximadamente 0,15%. Por meio dos resultados obtidos, verificou-se ainda que, variando os valores dos coeficientes de inércia da partícula no algoritmo PSO, os resultados podem sofrer ligeira melhoria, o que demonstra potencial uso do PSO em conjunto com análise inversa do MEF para caracterização de materiais hiperelásticos, utilizando modelos geométricos simplificados

Abstract Particle Swarm Optimization (PSO) is an artificial intelligence technique (AI) that can be used to find approximate solutions to numerical problems of maximization and minimization. In this study, it was used a PSO algorithm to compare displacements from human cornea sample subjected to internal pressure of 45 mmHg with Results of numerical simulations were provided which identified optimized values for hyperelastic properties of the cornea (µ and α). By means of the results from numerical simulations via inverse analysis by the Finite Element Method (FEM), in conjunction with the PSO algorithm, optimized values of µ = 0.047 and α = 106.7 were found. When compared with optimized results from commercial software, errors around 0.15% were found. Results showed that, varying the values of particle inertia coefficients in the PSO algorithm, simulated displacements have improved when compared to experimental data. This demonstrates the potential use of PSO algorithm in conjunction with the FEM inverse analysis for hyperelastic materials characterization, using simplified geometrical models

Comportamento bimodular em osso cortical e novo método para calcular o módulo de elasticidade (E) em resinas compostas / Bimodular behavior in cortical bone and a novel method for measuring elastic modulus (E) of composite resins

O objetivo principal foi investigar se o osso cortical apresenta comportamento bimodular, ou seja, se os valores de módulo de elasticidade (E) dependem do tipo de carregamento que o método utiliza. Para alcançá-lo foi preciso: (1) "calibrar" os diferentes métodos em um material conhecidamente unimodular, para afastar a possibilidade de erros ligados à execução de um método. (2) Depurar os métodos já calibrados para torná-los exequíveis em osso cortical. O que foi feito em espécimes de resina composta, que é um material unimodular e com E parecido com o do osso cortical. Foi investigado se o método de medida interfere no valor do E obtido neste material (pois, pelas informações da literatura, existia uma dúvida consistente). Finalmente, (3) foi avaliado se o método de medida, a região anatômica e o indivíduo interferem nos valores de E em espécimes de osso cortical. Adicionalmente, (4) verificou-se a possibilidade de se encontrar e validar uma correlação entre E e dureza Knoop (KH), para medir o E de resinas compostas indiretamente. Espécimes de latão (n = 5) tiveram o seu E calculado por quatro métodos estáticos diferentes (flexão em três pontos; tração; compressão e método de Marshall), que foram calibrados até que todos medissem o valor esperado; os valores de cada método foram comparados por análise de variância de medidas repetidas (o método foi o fator vinculado e o nível de significância foi de 5%). Espécimes (n = 4) de cinco marcas diferentes de resina composta, também foram submetidos aos quatro métodos, fazendo as adaptações pertinentes (depuração), e tiveram o seu E calculado...

The main objective was to investigate whether the cortical bone has a bimodular behavior, that is, if the values of elastic modulus (E) depend on the load type used by the method. To achieve this, it was necessary: (1) "calibrate" the different methods in a material with well-known unimodular behavior, for excluding the possibility of systematic errors in the execution of the methods. (2) Depurate the calibrated methods to make them executable in cortical bone. This was made on specimens of composite resin, which is a unimodular material and has an E similar to that of cortical bone. It was also investigated if the method of measuring the E influences the obtained value in this material (because there was a consistent doubt in the literature). Finally (3), we assessed whether the E values in cortical bone are influenced by the measurement method, by the anatomical region and by the individual. Additionally, (4) it was verified if it would be possible suggesting and validating a correlation between E and Knoop hardness (KH), to indirectly measure the E of composite resins. Brass specimens (n = 5) had their E calculated by four different static methods (three point bending, tensile, compression and Marshall's method), which were calibrated until all the methods were capable of measuring the expected value; the E values of each method were compared by analysis of variance of repeated measures (the method was the linked factor and the significance level was 5%). Specimens (n = 4) of five different composite resins were also subjected to the four methods, making the relevant adjustments (depuration), and had their E calculated. These values were subjected to analysis of variance of repeated measures (the method was the linked factor and the significance level was 5%); Specimens (n = 48) obtained in different regions (periosteum, endosteum and "transverse") of bovine femurs from four different individual had their E calculated using the depurated methods...

Evaluación del módulo de elasticidad de materiales estéticos para la restauración de lesiones cervicales / Assessment of the elasticity module of aesthetic materials for restoration of cervical lesions

La pérdida de tejido en la zona cervical ha sido atribuida principalmente a la erosión y abrasión producidas por el cepillo de dientes. El rol de las fuerzas oclusales es un factor muy importante a tener en cuenta en el desarrollo y avance de estas lesiones cervicales no cariosas. Distinguir las diferentes propiedades mecánicas y sobre todo el módulo de elasticidad de los materiales estéticos utilizados para la restauración de este tipo de lesiones, permitirá una sobrevida mayor de las obturaciones y una gran mejoría en el tratamiento de nuestros pacientes. El objetivo de este trabajo fue evaluar el módulo de elasticidad de 6 materiales restauradores estéticos. Siguiendo la norma ISO 4049 se confeccionaron 10 probetas de cada material experimental. Se empleó el ensayo de flexión de 3 puntos con una INSTRON 4486. De la relación numérica entre los valores de tensión (T) y deformación (D), se obtuvo el módulo de elasticidad o de Young (E), para cada material experimental. El análisis de varianza mostró diferencias significativas (p < 0,0001) entre los diferentes materiales. Los compómeros flow fueron los que presentaron mejores resultados en esta condición experimental, fueron los indicados para la restauracion de lesiones de abfracción(AU)

Te loss of tissue in the cervical zone has been attributed to the erosion and abrasion provoked by toothbrush. The role of occlusal forces is a very important factor to be taken into account in the development and advance of these carious non-cervical lesions. To distinguish the different mechanical properties and mainly the elasticity module of aesthetic material used for repair of this type of lesion, will allows a great survival of the obturations and in large extent in the treatment of our patients. The aim of present paper was to assess the elasticity module of 6 esthetic restoring materials. Following the ISO 4049 rule 10 test tubes of ach experimental material. A flexion assay of 3 points with INSTRON 4486 was used. From the numerical relation among the tension values (T) and deformation (D) we obtained the elasticity or Young (E) elasticity module for each experimental material. The variance analysis showed significant differences (p < 0.0001) among the different materials. The flow compomers were those with better results in this experimental condition, being the more suitable for repair of lesions of abfraction(AU)