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ASTM F2193

Um guia para ensaios de fadiga estática e cíclica de dispositivos de fixação cirúrgica

Escrito por Toby Lane

A ASTM F2193 descreve os ensaios de parafusos, placas e hastes metálicos individuais usados em construções de implantes de coluna. Subconjuntos desses componentes são ensaiados de acordo com a ASTM F1798 (Método de Ensaio Padrão para Avaliar as Propriedades Estáticas e de Fadiga de Mecanismos de Interconexão e Subconjuntos Usados em Implantes para Artrodese da Coluna). A norma mais comumente encontrada é a ASTM F1717 (Métodos de Ensaio Padrão para Construções de Implantes de Coluna em um Modelo de Vertebrectomia). A ASTM F1717 descreve os ensaios de construções completas de coluna compostas por esses componentes e subconjuntos.

Recomendamos a leitura integral da norma para compreender todos os seus requisitos.

Sistema de teste

Tanto os ensaios estáticos quanto os de fadiga podem ser realizados em uma única estrutura de ensaio dinâmica, como os instrumentos de ensaio dinâmico totalmente elétricos ElectroPuls® E3000 ou ElectroPuls® E10000. Para clientes com infraestrutura servohidráulica, as estruturas de ensaio 8872 e 8874 também seriam opções adequadas para esses ensaios.

Parâmetros de ensaio

Tanto as placas quanto as hastes para coluna são ensaiadas pelo mesmo procedimento de flexão em quatro pontos para determinar a rigidez, o momento de escoamento, o momento último e o momento de runout de fadiga em 2.500.000 ciclos. Primeiro, realiza-se o ensaio estático a uma taxa de deslocamento de até 10 mm/min, com tamanho mínimo de amostra de 5 corpos de prova.

Visão geral da norma

Materiais

  • Metais

Standard

  • ASTM F2193
  • ASTM F1717
  • ASTM F1798
  • ASTM F2706-18
  • ISO 12189-8

Test Types

  • Flexão
  • Fadiga de alto número de ciclos

Em seguida, realiza-se o ensaio de fadiga, com pelo menos 2 corpos de prova ensaiados em cada nível de carga. Devem ser usados três níveis de carga para fornecer um mínimo de 6 pontos de dados. O corpo de prova não deve falhar após 2.500.000 ciclos em um desses níveis de carga, para que o momento de runout de fadiga possa ser identificado. Os valores de carga podem ser determinados pelo usuário ou devem corresponder a 75 %, 50 % e 25 % do momento de escoamento estático.

Para os ensaios dinâmicos, utiliza-se uma razão R de 0,1 para componentes torácicos e lombares e de -1,0 para componentes da coluna cervical (para ilustrar carregamento reverso). Em todos os casos, os ensaios podem ser realizados até 30 Hz.

Para parafusos para coluna, o carregamento é realizado por flexão em balanço. A seção roscada do parafuso deve ser embutida em um bloco de ensaio sintético de 10 mm de comprimento, ao qual será aplicada a carga axial. Em seguida, a cabeça do parafuso é restringida usando um dispositivo de ancoragem fixado ao sistema de ensaio. Normalmente, os parafusos devem ter 10 mm de seu comprimento embutidos no bloco de ensaio, deixando cerca de 5 mm de rosca exposta entre o bloco e a cabeça ancorada. Para parafusos menores, aproximadamente um terço do comprimento total do parafuso deve ser embutido no bloco de ensaio. Ao aplicar força no meio do bloco de ensaio (5 mm a partir da extremidade do parafuso), todos os parafusos de um determinado comprimento — independentemente do diâmetro — devem experimentar o mesmo momento atuante.

Os ensaios estáticos devem ser realizados com uma taxa de carregamento não superior a 25 mm/min, para um mínimo de 5 amostras, a fim de gerar gráficos de carga versus deslocamento.

Os ensaios de fadiga devem ser concluídos com uma forma de onda senoidal a, no máximo, 30 Hz e uma razão R de 0,1 para parafusos torácicos e lombares. Novamente, deve-se usar uma razão R de -1,0 para parafusos cervicais. O procedimento deve então seguir a mesma abordagem dos outros dois componentes: pelo menos 2 corpos de prova ensaiados em cada nível de carga, 3 níveis de carga usados para criar 6 pontos de dados, um máximo de 2.500.000 ciclos e 75 %, 50 % e 25 % do momento de escoamento estático como pontos de partida para os valores de carga.

Para todos os componentes, os ensaios podem ser realizados em outros ambientes (a saber, solução salina), com justificativa e indicação de características como temperatura, pH e concentração da solução.

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