DETERMINACIÓN NUMÉRICA DEL EFECTO DEL FACTOR DE ELONGACIÓN DE LOS POROS SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE ESPUMAS DE TITANIO OBTENIDAS MEDIANTE RUTAS PULVIMETALÚRGICAS, PARA APLICACIONES BIOMÉDICAS

El presente trabajo de título estudia el efecto la morfología y el porcentaje deporosidad sobre las propiedades mecánicas de espumas de titanio. La utilidad de estainvestigación se fundamenta en la potencialidad de este material en aplicaciones dereemplazo de estructuras óseas, ya que disminuye el “apantallamiento de tensiones”que presentan los reemplazos actuales, este problema consiste en la reabsorción delhueso, debido a que la prótesis soporta gran parte de las cargas. Además, este estudiopermite reducir costos asociados al desarrollo experimental.Para ello se simulan ensayos de compresión de espumas de titanio por medio de unsoftware comercial de elementos finitos, llamado Ansys Workbench. Se ensayan 63modelos, los cuales poseen diferentes tamaños, factores de elongación de los poros yporcentajes de porosidad. También, se aplican las mismas condiciones de borde ypropiedades del material base que se utilizan en las pruebas experimentales con lascuales se comparan los resultados de las simulaciones.Con los resultados de la carga en función del desplazamiento se calcula el esfuerzo enfunción de la deformación, el módulo de Young y el esfuerzo de fluencia de cadasimulación. Con estos resultados se concluye que el tamaño del modelo no influye enlas propiedades mecánicas resultantes. Por otro lado, el módulo de Young, esfuerzode fluencia y esfuerzo máximo disminuyen a medida que aumenta el porcentaje deporosidad. Además, se determina que la morfología de los poros influye levemente enlos resultados, de tal manera que, a mayor factor de elongación, mayor pendiente delas correlaciones de módulo de Young y esfuerzo de fluencia vs. porosidad.Finalmente, se definen las posibles espumas de Ti para el reemplazo de estructurasóseas. Cabe destacar que las simulaciones son efectivas, puesto sus los resultadosson similares a los datos experimentales de la prueba de ultrasonido.
 This report studies the effect of morphology and porosity over the mechanicproperties of titanium foam. This research can be of use considering the potential ofsuch material for replacing bone structures, as it can lessen stress-shieldingphenomena, caused by current prostheses. This problem consists of the reabsorptionof the bone due to the prosthesis holding most of the weight. Further, this studyallows for the reduction of costs for further experimentation.To achieve this, titanium foams are compressed using a commercial software of finiteelements called Ansys Workbench. The 63 models tested have different sizes, poreelongation factors, and percentage of porosity. Furthermore, the same boundaryconditions and the same material properties used on the experimental tests (the oneswhich are compared to the simulations results) are applied.The results of the displacement can be used to calculate the deformation, the Young’smodule and the yield stress of the simulation. The results show that the size of themodel does not have an influence on the mechanic properties. In addition, theYoung’s module, the yield stress and the maximum effort diminish while thepercentage of the porosity increases. Moreover, the morphology of the pores has aslightly influence on the results. Consequently, the more elongation the moreYoung’s module correlation, and yield stress vs. porosity.Finally, the possible titanium foams for the replacement of the bone structures aredefined. It is important to highlight that the simulations are effective, because theirresults are similar to the experimental data from the ultrasound test.