Finite element analysis of the equivalent stress distribution in Schanz screws during the use of a femoral fracture distractor

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dc.contributorSistema FMUSP-HC: Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP) e Hospital das Clínicas da FMUSP
dc.contributor.authorGIORDANO, Vincenzo
dc.contributor.authorGODOY-SANTOS, Alexandre Leme
dc.contributor.authorBELANGERO, William Dias
dc.contributor.authorPIRES, Robinson Esteves Santos
dc.contributor.authorLABRONICI, Pedro José
dc.contributor.authorKOCH, Hilton Augusto
dc.date.accessioned2017-10-31T14:48:37Z
dc.date.available2017-10-31T14:48:37Z
dc.date.issued2017
dc.description.abstractABSTRACT To evaluate the mechanical stress and elastic deformation exercised in the thread/shaft transition of Schanz screws in assemblies with different screw anchorage distances in the entrance to the bone cortex, through the distribution and location of tension in the samples. An analysis of 3D finite elements was performed to evaluate the distribution of the equivalent stress (triple stress state) in a Schanz screw fixed bicortically and orthogonally to a tubular bone, using two mounting patterns: (1) thread/shaft transition located 20 mm from the anchorage of the Schanz screws in the entrance to the bone cortex and (2) thread/shaft transition located 3 mm from the anchorage of the Schanz screws in entrance to the bone cortex. The simulations were performed maintaining the same direction of loading and the same distance from the force vector in relation to the center of the hypothetical bone. The load applied, its direction, and the distance to the center of the bone were constant during the simulations in order to maintain the moment of flexion equally constant. The present calculations demonstrated linear behavior during the experiment. It was found that the model with a distance of 20 mm between the Schanz screws anchorage in the entrance to the bone cortex and the thread/shaft transition reduces the risk of breakage or fatigue of the material during the application of constant static loads; in this model, the maximum forces observed were higher (350 MPa). The distance between the Schanz screws anchorage at the entrance to the bone cortex and the smooth thread/shaft transition of the screws used in a femoral distractor during acute distraction of a fracture must be farther from the entrance to the bone cortex, allowing greater degree of elastic deformation of the material, lower mechanical stress in the thread/shaft transition, and minimized breakage or fatigue. The suggested distance is 20 mm.
dc.description.abstractRESUMO Avaliar o comportamento do estresse mecânico e da deformação elástica exercida na transição rosca-talo liso dos pinos de Schanz do distrator femoral de fraturas em montagens com diferentes distâncias de ancoragem dos pinos na cortical óssea de entrada através de estudo da distribuição e da localização de tensões no corpo de prova. Feita análise de elementos finitos 3 D para a avaliação da distribuição das tensões equivalentes em um pino de Schanz fixado de modo bicortical e ortogonal a um osso tubular, em dois padrões de montagem: (1) transição rosca-talo liso distante 20 mm da ancoragem dos pinos de Schanz na cortical de entrada e (2) transição rosca-talo liso distante 3 mm da ancoragem dos pinos de Schanz na cortical de entrada. Foram feitas simulações e manteve-se a mesma direção da carga e a mesma distância do vetor força em relação ao centro do osso hipotético. A carga aplicada, sua direção e a distância ao centro do osso foram constantes durante as simulações para manter o momento fletor igualmente constante. Os cálculos apresentados demonstraram comportamento linear durante todo o experimento. Verificou-se que o modelo com uma distância de 20 mm entre a ancoragem dos pinos de Schanz na cortical óssea de entrada e a transição rosca-talo liso reduziu o risco de ruptura ou fadiga do material durante a aplicação de cargas estáticas constantes. Nesse modelo, as forças máximas observadas foram superiores (350 Mpa). A análise do comportamento do estresse mecânico e da deformação elástica exercida na transição rosca-talo liso dos pinos de Schanz do distrator femoral de fraturas mostrou que distâncias maiores entre a ancoragem dos pinos na cortical óssea de entrada e a transição rosca-talo liso dos pinos de Schanz permitem menor estresse mecânico na transição rosca-talo liso e maior grau de deformação elástica do material e minimizam quebra ou fadiga. A distância sugerida é de 20 mm.
dc.description.indexSciELO
dc.identifier.citationREVISTA BRASILEIRA DE ORTOPEDIA, v.52, n.4, p.396-401, 2017
dc.identifier.doi10.1016/j.rboe.2017.07.003
dc.identifier.issn1982-4378
dc.identifier.urihttps://observatorio.fm.usp.br/handle/OPI/22290
dc.language.isoeng
dc.publisherSociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia
dc.relation.ispartofRevista Brasileira de Ortopedia
dc.rightsopenAccess
dc.rights.holderCopyright Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia
dc.subjectFinite element analysis
dc.subjectBone nails
dc.subjectFemoral fractures
dc.subjectExternal fixators
dc.subjectTreatment outcome
dc.subjectAnálise de elementos finitos
dc.subjectPinos ortopédicos
dc.subjectFraturas do fêmur
dc.subjectFixadores externos
dc.subjectResultado do tratamento
dc.subject.wosOrthopedics
dc.titleFinite element analysis of the equivalent stress distribution in Schanz screws during the use of a femoral fracture distractor
dc.title.alternativeAnálise de elementos finitos da distribuição de tensões equivalentes nos pinos de Schanz durante o uso do distrator femoral de fraturas
dc.typearticle
dc.type.categoryoriginal article
dc.type.versionpublishedVersion
dspace.entity.typePublication
hcfmusp.author.externalGIORDANO, Vincenzo:Hospital Municipal Miguel Couto, Brasil
hcfmusp.author.externalBELANGERO, William Dias:Universidade Estadual de Campinas, Brazil
hcfmusp.author.externalPIRES, Robinson Esteves Santos:Universidade Federal de Minas Gerais, Brazil
hcfmusp.author.externalLABRONICI, Pedro José:Universidade Federal Fluminense, Brazil
hcfmusp.author.externalKOCH, Hilton Augusto:Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brazil
hcfmusp.citation.scopus3
hcfmusp.contributor.author-fmusphcALEXANDRE LEME GODOY DOS SANTOS
hcfmusp.description.beginpage396
hcfmusp.description.endpage401
hcfmusp.description.issue4
hcfmusp.description.volume52
hcfmusp.origemsciELO
hcfmusp.origem.pubmed28884096
hcfmusp.origem.scieloSCIELO:S0102-36162017000400396
hcfmusp.origem.scopus2-s2.0-85010021716
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hcfmusp.scopus.lastupdate2024-05-10
relation.isAuthorOfPublication1d656a24-a999-43e7-8c0b-3a8512231814
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