aula - prof paulo cesar no gbmd 2013 - piracicaba
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Universidade de São PauloFaculdade de OdontologiaDepartamento de Biomateriais e Biologia Oral
ENSAIOS DE FADIGA E
SIMULAÇÃO DA MASTIGAÇÃO
APLICADOS ÀS CERÂMICAS DENTÁRIAS
Prof. Dr. Paulo Francisco Cesar
1.1. Fadiga em materiais cerâmicos (Slow Crack Growth).
1.2. Modo de aplicação da carga: estática, dinâmica, cíclica.
1.3. Tipos de ensaios de fadiga usando cargas cíclicas.
1.4. Parâmetros de fadiga (Stress corrosion coefficient, n).
1.5. Cuidados com KI0.
http://youtu.be/U9GbhHFaTmk
1.1. Fadiga em materiais cerâmicos (Slow Crack Growth)
Tensões abaixo do nível crítico (< KIc)
Potencializado pela umidade
Fadiga Estática
Dispositivo para realização do ensaio de fadiga estática.
Gonzaga et al. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2011, 99(2):247-57
Gonzaga et al. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2011, 99(2):247-57
tf (s) 5.219.190 3.583.856 (Coef. Var. = 69%)
Menor tf (s) 1.693.800 (~19,6 dias)
Maior tf (s) 11.829.240 (~4,5 meses)
Tempo até fratura usando tensão de 28 MPa (flexão biaxial).
Fadiga Estática
Limitações da fadiga dinâmica e estática
Mecanismos de tenacificação relacionados a “crack wake”
Quinn, 2007
1.3. Tipos de ensaios de fadiga usando cargas cíclicas
Curva S-N
Ciclagem com carga fixa
Stair-case approach
Step-stress
Studart et al. Biomaterials. 2007, 28(17):2695-705.
Ciclagem com carga fixa
Parâmetros de fadiga obtidos à partir de ensaio cíclico com carga fixa
Stair-case approach
Amaral, M.; Cesar, P.; Valandro, L.; Lohbauer, U., 2013
600
650
700
750
800
850
900
-1 9 19 29 39 49 59 69 79
Stre
ss (
MPa
)
Specimen order
10^2
10^3
10^4
10^5
102
103
104
105
Stair-case approach
Str
ess
(M
Pa)
Controle
Jateamento (Rocatec)
Glaze interno
Amaral, M.; Cesar, P.; Valandro, L.; Lohbauer, U., 2013
ReliaSoft ALTA 7 - www.ReliaSoft.com
Stress vs Time
Time (cycles)
Stre
ss
(M
Pa
)
0 20435340871 81741 163482100
400
160
220
280
340
Stress Profile
Step-stress
Borba et al. Dent Mater, 2013, doi: 10.1016/j.dental.2013.05.009
1.4. Parâmetros de fadiga (stress corrosion coefficient, n)
(Fadiga Dinâmica)
0.01 MPa/s
0.1 MPa/s
1 MPa/s
10 MPa/s
100 MPa/s
Onde:
n (coeficiente de crescimento subcrítico)
σf0 (parâmetro escalar)
σf é a resistência à flexão biaxial (MPa)
σ é a taxa da tensão (MPa/s)
f0f log . log
1n
1 log
log
fra
ctu
re s
tre
ss
(M
Pa)
Fra
ctu
re s
tre
ss
(M
Pa)
Log time to failure (MPa/s)
1 day 1 yr 10 yrs
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
KI (MPa.m1/2)
KIcKI0
Green, 1998
v (
m/s
) III
1.5. Cuidados com KI0 (stress intensity factor threshold)
III
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
0,01 0,1 1 10 100 1000
time (h)
2c (m
m)
Gupta & Jubb, 1981
Inclinação = 2/(3n+2)
Determinação de KI0
1.E-14
1.E-12
1.E-10
1.E-08
1.E-06
1.E-04
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
KIc
Region I
KI0
v (
m/s
)
K (MPa.m1/2)
K=c.P/c3/2
Wan et al., 1990
Determinação de KI0
1.E-13
1.E-12
1.E-11
1.E-10
1.E-09
1.E-08
1.E-07
0.0 0.5 1.0 1.5
K (MPa.m1/2)
D
V
E1
E2
v (
m/s
)
D = 0.48
V = 0.58 E1 = 0.94
E2 = 1.11
Determinação de KI0
Yoshimura et al., 2008
2.1. A simulação do ambiente oral.
2.2. Os simuladores da mastigação.
2.3. Ciclagem mecânica com espécimes geométricos.
2.4. Simulação da mastigação com coroas e PPFs.
Presença de saliva artificial.
Variações de temperatura e pH.
Aplicação de forças, movimentos e frequência
semelhantes aos encontrados in vivo.
2.1. A simulação do ambiente oral
Revisão: Erick de Lima, 2013
2.1. A simulação do ambiente oral
Correlação entre desgaste do amálgama in vivo e in vitro.
250.000 ciclos em simulador = 1 ano de na cavidade bucal.
Três refeições por dia, com 15 minutos de duração cada.
Frequência de 1,0 Hz.
2.700 ciclos diários e 1 milhão por ano.
2.1. A simulação do ambiente oral
Wiskott et al.
Int J Prosthodont. 1995, 8(2):105-16
Revisão: Erick de Lima, 2013
Winkler et al.
J Oral Implantol. 2003;29(5):242-5.
one masticatory cycle swallowing
~ 60 ciclos/minuto
Cada refeição: 15 minutos
3 refeições por dia = 2.700 ciclos/dia
1 ano = 106 ciclos (Rosentritt et al. 2006)
2.1. A simulação do ambiente oral
Não se prestavam para testarmateriais dentários em fadiga .
2.2. Os simuladores da mastigação
Molnar, 1968
Influência da ciclagem na resistência discos de In-Ceram-Zr e Procera.
20 mil ciclos, carga de 50 N e 1,0 Hz.
2.3. Ciclagem mecânica com espécimes geométricos
Itinoche et al., 2006
Não houve diferença estatística entre os grupos.
2.3. Ciclagem mecânica com espécimes geométricos
Carga de 80 N com um maior número de ciclos (104 e 105 ciclos).
Ausência de efeito da ciclagem sobre resistência mecânica.
2.3. Ciclagem mecânica com espécimes geométricos
Imerso em água (37 oC)
2,0 Hz
45 N
105 ciclos
Bilayer: infraestr. em tração
2.3. Ciclagem mecânica com espécimes geométricos
Cesar et al., 2011
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Fle
xu
ral st
ren
gth
(M
Pa
) Control
Mechanical cycles
Autoclave cycles
AL/VM7 ICZ/VM7Y-TZP/VM9
Cesar et al., 2011
Tese de Metrado:
Título: Efeito do envelhecimento por ciclagem mecânica sobre a resistência à flexão de cerâmicas dentárias
Aluna: Karen Akemi Fukushima
Orientador: Paulo Francisco Cesar
2.3. Ciclagem mecânica com espécimes geométricos
Objetivo:
Avaliar o efeito do envelhecimento por ciclagem
mecânica (1 milhão de ciclos/freqüência de 2 Hz) sobre a
resistência à flexão biaxial de três materiais cerâmicos.
Fukushima, 2011
2.3. Ciclagem mecânica com espécimes geométricos
Parâmetros da ciclagem mecânica
Número de ciclos: 106
Frequência: 2,0 Hz
Tensão gerada (MPa):
Y-TZP AL ICZ
48 45 46
Fukushima, 2011
856,1
418,2 357,4
816,8
433,6 367,3
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Y-TZP AL ICZ
Re
sist
ên
cia
à Fl
exão
(M
Pa)
ControleCiclados
Fukushima, 2011
2.3. Ciclagem mecânica com espécimes geométricos
0%
5%
10%
15%
20%
25%
Controle Ciclado
Co
efic
ien
te d
e V
aria
ção
(%
) Y-TZPALICZ
2.3. Ciclagem mecânica com espécimes geométricos
Fukushima, 2011
Autores: José Della Pasqua Netto, José Augusto Rodrigues, Alessandra
Cassoni, Karen Fukushima, Paulo F. Cesar, Jamil Awad Shibli.
(Univ. Guarulhos e USP)
You are invited to attend
ACADEMY OF DENTAL MATERIALS 2013 ANNUAL MEETING
October 9-12, 2013 | Westin Bayshore Hotel
In beautiful
Vancouver,
BC, Canada
3.5 days of interactive learning featuring international experts
Dr. Satoshi ImazatoOsaka, Japan
Dr. Michael SwainDunedin, New Zealand
Dr. Josimeri HeblingAraraquara, Brazil
Dr. Markus HaapasaloVancouver, Canada
Dr. Sharon TracyChicago, IL, USA
Dr. Timothy WatsonLondon, UK
Dr. Thomas AttinZurich, Switzerland
Dr. Ana Karina Bedran-RussoChicago, IL, USA
Dr. J Paul SanterreToronto Canada
Dr. Franklin TayAugusta, GA, USA
New in 2013 Annual Meeting !!
Lunch & Learning Sessions
1. Dr. Jeffrey Stansbury: Fundamentals of Polymerization
2. Dr. Ulrich Lohbauer: Degradation of Resin Composites
3. Dr. Nick Silikas: Bulk-filling composites
4. Dr. Paulette Spencer: Material/Tissue Interfacial Integrity
More Information
Visit our webiste:http://academydentalmaterials.org
Contact Us
Lorenzo BreschiPresident ADM 2012-2014E-mail: lbreschi@units.it
Ricardo CarvalhoADM 2013 Meeting Local OrganizerE-mail: rickmc@dentistry.ubc.ca
Katia SelezenevaMeeting PlannerE-mail: katia.ipce@ubc.ca
Or scan:
3.1. Tensões residuais determinadas por análise de elementos
finitos (Thermal stress analysis).
3.2. Tensões residuais calculadas pela técnica “hole-drilling”.
3.1. Tensões residuais determinadas por análise de elementos finitos
(Thermal stress analysis)
Meira et al. Dent Mater, 2013, 29(5):594-601
3.2. Tensões residuais calculadas pela
técnica “hole-drilling”
- Título: Residual stress in veneering ceramic on Y-
TZP, alumina and ZTA frameworks.
- Autores: K. Fukushima, M. Sadoun, P. Cesar, A. Mainjot.
Projeto COFECUB
Comité Français d'Evaluation de la Coopération
Universitaire et Scientifique avec le Brésil
- Agradecimentos: Grace de Souza, H. Yoshimura, H.
Goldenstein, Jean-Pierre Attal.
4.1. Adição de fibras de titanato de potássio a porcelana dentária.
4.2. Adição de alumina a porcelana dentária.
4.3. Adição de nanotubos de carbono a Y-TZP.
Feldsphatic
Porcelain
Isopropilic
Alcohol
Potassium
Titanate fibers
Alumina
balls
Adição de fibras ao pó de porcelana dentária (10 wt%)
4.1. Adição de fibras de titanato de potássio a porcelana
Araújo, 2011
Curvas do tempo de vida (fadiga dinâmica)
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
25
40
55
70
85
100
115
130
145
CS
SF
ISF
IF
Ten
são
de f
ra
tura
(M
Pa
)
10 anos1 ano
Log t
en
são d
e f
ra
tura (
MP
a)
Log tempo para fratura (s)
1 dia
Araújo, 2011
4.2. Adição de alumina a porcelana dentária.
Projeto de Doutorado: Uso de alumina mono e
policristalina no reforço de cerâmicas vítreas
Aluna: Marina Kaizer
Orientador: Rafael Moraes
Univ. Federal de Pelotas
Projeto de Doutorado:
Controle Poli Poli+Sil Mono+Sil Mono
Kaizer, 2013
Uso de alumina mono e policristalina no reforço
de cerâmicas vítreas
Projeto de Doutorado: Desenvolvimento do nanocompósito
Y-TZP / MWCNT-COOH para uso odontológico:
Caracterização e envelhecimento.
4.3. Adição de nanotubos de carbono a Y-TZP
Aluno: Lucas Hian da Silva
Co-orientador: Rubens Tango
Orientador: Paulo Cesar
Colaboradores/IPEN:
Dolores Lazar
Walter Usui
Walter Yoshito
Y-TZP convencional Y-TZP/MWCNT
Lucas Hian da Silva, 2013
4.3. Adição de nanotubos de carbono a Y-TZP
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