Elaboração de elementos finitos para estudos biomecânicos em prostodontia

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Universitário Egas MonizO método dos elementos finitos tornou-se na técnica mais utilizada na análise de fenómenos físicos no campo da estrutura, mecanismos sólidos e fluidos. Na biomecânica, este método sofreu avanços consideráveis quer na investigação quer como instrumento de ensino e pode ser usado para encontrar factos ou processos de estudo que com outro instrumento não seriam possíveis (3). A análise por elementos finitos é um método numérico e tem vantagens consideráveis na fotoelasticidade. É muito útil na análise de geometrias complexas e permite a determinação das tensões e distorções sofridas por um componente tridimensional. Estes elementos finitos são formados pela divisão da estrutura original numa série de secções de forma adequada, onde cada uma delas conserva as mesmas propriedades dos materiais reais (4,5). Muitos destes métodos têm sido aplicados em estudos de medicina dentária restauradora, que consegue preservar e restaurar dentes cariados, restaurações defeituosas, dentes perdidos ou traumatizados. Em geral, o método dos elementos finitos é especialmente indicado para prever tendências e realizar análises paramétricas (2). Obviamente, é muito importante conhecer em detalhe as propriedades dos materiais anisotrópicos e as suas relações constituintes para desenvolver um modelo válido de elementos finitos (1). Portanto, é uma ferramenta útil que permite a realização de um grande número de análises em componentes e estruturas complexas, difíceis de obter pelos métodos analíticos clássicos. Um programa de elementos finitos consiste num software complexo onde convergem inúmeras operações. A preparação dos dados e a análise dos resultados numéricos que aparecem como produto do cálculo são tarefas que tendem a ser integradas no próprio software. Os cálculos de elementos finitos são efetuados num processador no qual estão incluídas todas as ajudas para a preparação dos dados e produção dos resultados, e num pós-processador que facilita a análise e interpretação dos mesmos, geralmente sob a forma de gráficos (traçado de curvas, gráficos tridimensionais, tabelas, etc.) O objetivo desta tese é rever a literatura de forma a compreender como é feito um elemento finito que permita o estudo biomecânico dos diferentes tipos de próteses feitas pelo médico dentista. No âmbito da investigação, serão revistos os diferentes tipos de materiais utilizados atualmente e o seu comportamento com as forças interpretadas na boca, bem como os movimentos de mastigação e os contactos dentários na oclusão. Isto dará ao médico dentista uma ideia geral sobre a seleção de materiais de acordo com o tipo de reabilitação (10).The finite element method has become the most widely used technique for the analysis of physical phenomena in the field of structure, solid and fluid mechanisms. For biomechanics, this method has received considerable advances in research and as a teaching tool, it can be used to find facts or study processes that with another tool are not possible (3). Finite element analysis is a numerical method and has important advantages over photoelasticity. It is very useful in the analysis of complex geometries and allows the determination of the stresses and distortions experienced by a three-dimensional component. These finite elements are formed by dividing the original structure into a series of suitably shaped sections, each of which retains the same properties as real materials (4,5). Many of these methods have been applied in studies of restorative dentistry, which can pre-serve and restore teeth that have decay, defective restorations, lost and traumatized teeth. In general, the finite element method is especially suitable for predicting trends and performing parametric analysis (2). Obviously, it is very important to know in detail the properties of anisotropic materials and their constituent relationships to develop a valid finite element model (1). Therefore, it is a useful tool that allows performing a large number of analyses on complex components and structures, which are difficult to obtain by classical analytical methods. A finite element program is a complex piece of software in which numerous operations converge. The preparation of the data and the analysis of the numerical results that appear as a product of the calculation are tasks that tend to be integrated into the software itself. Finite element calculations consist of a processor which includes all the aids for the preparation of the data and generation of the results, and a post-processor which facilitates the analysis and interpretation of the results, usually in the form of graphs (plotting curves, three dimensional graphs, tables, etc.). As part of the research, the different types of materials currently used and their behavior with the forces interpreted in the mouth, as well as chewing movements and tooth contacts in occlusion will be reviewed. This will give the dentist a general idea about the selection of materials according to the type of rehabilitation