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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.23.2006.tde-28082006-201138
Document
Author
Full name
Eliane Placido
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2006
Supervisor
Committee
Ballester, Rafael Yague (President)
Lima, Raul Gonzalez
Meira, Josete Barbosa Cruz
Soares, Carlos José
Souza, Roberto Martins de
Title in Portuguese
"Distribuição de tensões em testes de cisalhamento e micro-cisalhamento mediante análise de elementos finitos"
Keywords in Portuguese
Análise de elementos finitos
Estresse mecâ-nico
Micro-cisalhamento
Resistência ao cisalhamento
Teste de materiais
Abstract in Portuguese
Os objetivos deste estudo foram comparar, através de análise de elementos finitos, a distribuição de tensões em modelos que representam arranjos experimentais nor-malmente utilizados em testes de cisalhamento e micro-cisalhamento, verificar a tendência de variar o local de início e o modo de fratura em função de mudanças nos parâmetros dos ensaios e analisar a influência de dois modos de fixação do substrato sobre a concentração de tensões. Os modelos bidimensionais em estado plano de deformações representaram o compósito (híbrido ou flow) aderido à dentina através de uma camada de adesivo de 50 μm. Duas condições de fixação da dentina foram estabelecidas: na primeira (mais rígida), os deslocamentos foram restritos em todas as direções nos nós das arestas que representam as três superfícies livres de adesão e na segunda, a restrição foi colocada apenas na parte posterior da dentina. Foi aplicado um carregamento pontual a várias distâncias da interface dentina-adesivo, de modo a obter um tensão nominal constante de 4MPa. Foram analisadas as tensões máximas de tração e cisalhamento, a distribuição das tensões ao longo dos nós da interface dentina-adesivo e os vetores de tensão máxima principal, como indicativos do local de início e o provável modo de fratura. A distribuição de tensões ao longo da interface aderida foi sempre não uniforme e apresentou picos muito ele-vados em todos os casos, o que conduz a pensar que os valores de resistência nominal não são representativos da máxima tensão suportada no momento da fratura. A tensão de tração predominou sobre a de cisalhamento. O módulo de elasticidade do compósito aderido, a espessura relativa da camada de adesivo e a distância de aplicação da carga influenciam a concentração de tensões e devem ser padroniza-dos. Para o teste de micro-cisalhamento, a camada de adesivo relativamente mais espessa e o uso do compósito com baixo módulo de elasticidade propiciaram a in-tensificação das tensões. O ensaio de cisalhamento parece mais suscetível que o de micro-cisalhamento para que o início da ruptura ocorra no substrato, pois o ponto de maior concentração de tensões localizou-se na dentina em alguns casos e verifica-se pequena diferença de módulo entre os maiores vetores localizados no adesivo e na dentina de base. O teste de micro-cisalhamento, embora mais favorável a que as fraturas se iniciem no adesivo, concentra muito a tensão, especialmente com a utili-zação de resinas do tipo flow, o que o torna menos representativo da máxima tensão que o espécime realmente resistiu no momento da fratura.
Title in English
A finite element stress analysis of shear and micro-shear bond strength tests
Keywords in English
Finite element analysis
Ma-terials testing
Mechanical stress
Micro-shear bond strength
Shear bond strength
Abstract in English
The objectives of this study were to compare the stress distribution in finite element models that represented experimental designs commonly used for shear and micro-shear bond strength testing, to verify the tendency to vary the location and mode of fracture as a consequence of changes in the studied parameters, and to analyze the influence of two substrate restriction conditions on stress concentration. Bi-dimensional plane strain models represented a composite (hybrid or flow) bonded to dentin through a 50 μm adhesive layer. Two dentin restriction conditions were estab-lished: in the first (more rigid), movements were restricted in all directions on the nodes located in the dentin surface edges free of adhesion, and in the second, re-striction was imposed only to the posterior dentin surface. Concentrated loading was applied at several distances from the dentin-adhesive interface so as to obtain con-stant nominal bond strength of 4MPa. Maximum tensile and shear stress values, stress distribution along the dentin-adhesive interfacial nodes and the principal maximum stress vectors as indicative of the most probable location and mode of frac-ture were analyzed. Stress distribution along bonded interfaces was always non-uniform and presented very high stress peaks for all cases. This led to the assump-tion that nominal bond strength values are non-representative of the maximum stress supported at fracture. Tensile stresses were always predominant over shear stresses. The composite elastic modulus, relative adhesive layer thickness and different load application distances influenced stress concentration and should be stan-dardized. For micro-shear tests, the relatively thicker adhesive layer and use of a low modulus composite propitiated stress intensification. The shear test seems to be more susceptible than micro-shear to fracture initiation in the substrate, once the point of highest stress concentration was in some cases located in dentin, and small modulus difference was verified between the greatest stress vectors located both on the adhesive and dentin base. Although more favorable to fracture initiation in the adhesive, the micro-shear test design highly concentrated stresses, especially when flow composite was modeled, hence it might be less representative of the maximum stress the specimen resisted at fracture.
 
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ElianePlacido.pdf (2.20 Mbytes)
Publishing Date
2006-09-26
 
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