Efeitos da contração e do módulo de elasticidade de compósitos sobre a tensão de polimerização em sistemas com diferentes complacências: análise por elementos finitos / Effects of composite shrinkage and elastic modulus on polymerization stress in systems with different compliances: finite element analysis

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi simular, por análise de elementos finitos, o ensaio de tensão de polimerização com vistas a um melhor entendimento da mecânica do teste que permita explicar divergências encontradas entre estudos que utilizaram montagens experimentais semelhantes, porém com diferentes substratos de colagem. Com base em dados extraídos da literatura, foi formulada a hipótese que o efeito da contração volumétrica e do módulo de elasticidade do compósito sobre a tensão de polimerização depende da complacência do sistema. Em sistemas de teste com alta complacência, os valores de tensão estariam diretamente relacionados à contração do compósito, enquanto que a utilização de sistemas menos complacentes realçaria a influência do módulo de elasticidade do compósito. Um ensaio de tensão de polimerização frequentemente utilizado foi simulado pelo método por elementos finitos. Devido à simetria geométrica e de carregamento, apenas um oitavo do modelo foi representado. Foram simulados quatro diferentes complacências do teste, correspondentes a diferentes materiais dos bastões aço, vidro, compósito e acrílico. A contração de polimerização foi simulada através de analogia térmica. A temperatura foi reduzida em 1°C e o coeficiente de expansão térmica foi ajustado para conferir a contração volumétrica desejada. A polimerização foi simulada em duas fases pré-gel e pós-gel. Na fase pré-gel os elementos do compósito apresentavam módulo de elasticidade bastante baixo, para simular o alívio de tensões decorrente do escoamento do compósito nos estágios iniciais da polimerização...

ABSTRACT

The purpose of the present study was simulate, using finite element analysis, the polymerization stress test aiming at a better understanding of the test mechanics that could explain the divergences among studies using similar experimental set-ups but different bonding substrates. Based on literature data, a hypothesis was formulated stating that the effects of composite volumetric shrinkage and elastic modulus on polymerization stress depend upon the compliance of the testing system. In high compliance systems, stress values would be directly related to shrinkage, while low compliance systems would emphasize the influence of the composite elastic modulus. A frequently used testing apparatus was simulated by finite element method. Due to the geometry and loading symmetry, only one-eighth of the model was represented. Four different compliance levels were simulated, corresponding to different rod materiais steel, glass, composite and acrylic. Polymerization shrinkage was simulated by thermal analogy. Temperature was reduced by 1°C and the coefficient of thermal expansion was adjusted to result in the desired shrinkage. Polymerization was simulated in two stages, pre-and post-gel. In the pre-gel phase, the elements representing the composite presented very low modulus to simulate the stress relief resulting from viscous flow occurring in the early stages of the reaction. In the post-gel phase, composite elements presented its final elastic modulus. Different composites were simulated with modulus between 1 and 12 GPa (in 1 GPa increments) and total volumetric shrinkage between 0.5% and 6% (in 0.5% )...