Modelagem constitutiva e análise experimental do comportamento mecânico do poli (éter éter cetona) sob compressão uniaxial

Abstract

O poli (éter éter cetona), ou PEEK, é um polímero semicristalino que já vem recebendo muita atenção na área de biomecânica por várias décadas, devido à sua resistência mecânica, resistência ao desgaste, inércia e biocompatibilidade. As aplicações de componentes com PEEK, como por exemplo componentes de substituição de articulações, fixação da coluna vertebral e fixação de fraturas ósseas, estão sujeitas a cargas mecânicas que atuam em diferentes períodos de tempo. No entanto, poucos modelos constitutivos disponíveis em softwares de elementos finitos comerciais são adequados para capturar adequadamente o comportamento mecânico viscoelástico do PEEK. Motivadopor este fato, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo constitutivo viscoelástico de deformações finitas para o PEEK em uma estrutura de atualização constitutiva variacional. Para verificar as capacidades preditivas do modelo proposto, os parâmetros constitutivos são calibrados usando dados experimentais obtidos a partir de testes compressivos monotônicos realizados com espécimes de PEEK sob diferentes taxas de deformação.

Abstract : Poly (ether ether ketone), or PEEK, is a glassy polymer that has received much attention in biomechanics for several decades due to its strength, wear properties, inertness and general biocompatibility. Applications of PEEK components such as joint replacement, spinal fusion and bone fracture fixation are all subjected to mechanical loads that vary over both short and long time periods. However, few of the available constitutive models in commercial finite element codes are equipped to adequately capture the time and rate-dependent response of PEEK. Motivated by this fact, this work presents the development of a finite strain viscoelastic constitutive model for PEEK in a variational constitutive update framework. To verify the predictive capabilities of the proposed model, the constitutive parameters are calibrated using experimental data obtained from monotonic compressive tests performed with PEEK specimens at different strain-rates.