Análisis de distribución de tensiones asociada a la utilización de implantes ortopédicos de materiales superelásticos en el tratamiento de deficiencias óseas.

Durante el desarrollo de un niño pueden ocurrir diversas anomalías y distorsiones en el crecimiento de los huesos que resultan en distintos problemas. Independientemente de las razones por las que ocurren, si son detectadas y tratadas con tiempo sus secuelas pueden ser minimizadas o eliminadas. Este trabajo continúa el proyecto integrador de ingeniería mecánica del ingeniero Matías Korten. En ese trabajo se realizaron ensayos termomecánicos a alambres de NiTi para caracterizar las fuerzas desarrolladas y la influencia de diferentes parámetros geométricos y físicos en las mismas. El Dr. J. Groiso propone la fabricación de un dispositivo pseudoelástico y biocompatible de NiTi para corregir deformaciones angulares en huesos. En este trabajo, se buscó caracterizar nuevamente el material NiTi, validar los resultados obtenidos en ese trabajo y diseñar un dispositivo que permita la caracterización del material de forma más confiable. Se desarrolló un modelo computacional de un hueso en 3D que permite obtener el campo de tensiones sobre la placa de crecimiento al aplicar una fuerza superficial sobre los tornillos. Se analizaron los resultados con distintas formas de aplicación de la fuerza, la zona afectada por la prótesis al cambiar la posición de los tornillos y se hizo un análisis de sensibilidad en el rango (según bibliografía) del módulo de elasticidad de la placa de crecimiento. Se concluye que la aplicación de un dispositivo de NiTi puede generar las tensiones necesarias para impulsar el crecimiento del hueso en la dirección correcta.

Efectos de la microestructura sobre la transmisión de neutrones en materiales de interés nuclear.

Cuando un haz policromático de neutrones pasa a través de un material, los neutrones de distintas longitudes de onda son atenuados en formas muy diferentes. Como resultado, el espectro de energía del haz de neutrones cambia cuando una muestra es colocada frente el haz. Un análisis detallado del cociente de intensidad entre los haces de transmitido e incidente puede proporcionar una gran cantidad de información acerca de la estructura cristalina y microestructura de la muestra, definidas a través de la sección eficaz total del material. Para neutrones térmicos y sub-térmicos, el ordenamiento y movimiento de los átomos a escala microscópica define en forma precisa la dependencia de esta magnitud con la energía del neutrón incidente. Así, la variación con la energía de la sección eficaz total de los sólidos debido a la estructura de los átomos para distancias entre 0,1 y 100 Å se encuentra bien establecida, y es explotada en el estudio de estructuras cristalinas y de los movimientos vibracionales y rotacionales. Como contrapartida, el efecto de la estructura mesoscópica de los materiales, esto es para dimensiones entre 0,1 y 100 µm, sobre la sección eficaz total ha sido mucho menos estudiado, a pesar de provocar cambios profundos en esta magnitud. En esta Tesis estudiamos y formalizamos la dependencia de la sección eficaz total con características microestructurales tales como la porosidad, y la distribución de tamaños y orientaciones de los granos que componen los materiales, y desarrollamos modelos teóricos a partir de las características microestructurales de muestras de interés nuclear con diferente microestructura. Estos modelos permiten describir la contribuci ón de la componente elástica coherente de la seción eficaz total sobre los espectros de transmisión de neutrones e introducen parámetros como la cantidad de cristales que conforman el material, su estructura cristalina, parámetros de red, mosaicidad, estructura de poros u orientación preferencial de granos, para describir la sección total de materiales monocristalinos o policristalinos. En todos los casos, los modelos desarrollados fueron implementados en una biblioteca basada en el lenguaje computacional MATLAB y fueron comparados con secciones eficaces totales obtenidas en experimentos de transmisión de neutrones realizados en el Departamento de Física de Neutrones del Centro Atómico Bariloche y en ISIS Facility, Reino Unido. Los novedosos modelos microestructurales propuestos describen fielmente los experimentos desarrollados sobre muestras con distinta microestructura, lo que permite el empleo de los mismos en un código de refinamiento sobre los datos experimentales. Aquí, desarrollamos herramientas computacionales que ajustan por cuadrados mínimos no lineales los modelos paramétricos representativos de cada microestructura, sobre la sección eficaz total o la transmisión experimental, para determinar parámetros microestructurales de la muestra a partir de experimentos de transmisión de neutrones con resolución en longitud de onda. Los resultados son de particular relevancia para la interpretación y el análisis cuantitativo de las imágenes realizadas por la técnica de radiografía neutrónica con resolución en energía, que ha recibido un gran impulso en años recientes.