Avaliação de protetor nasal para atividades desportivas: análise por elementos finitos / Evaluation of nasal guard for sports activities: finite element analysis

RESUMO

Nos últimos anos notou-se um aumento significativo no número de fraturas faciaisem atividades desportivas. Como o osso nasal está na zona de fragilidade da face, é um dos mais afetados por acidentes desportivos. Uma das soluções para evitar a fratura ou refratura é usar um protetor nasal na prática desportiva. Até o presente momento não existe nenhuma normatização em relação à confecção de protetores nasais para esporte. Além disso, não há estudo sistemático que tenha avaliado o desenho e a combinação de materiais em protetores nasais. A hipótese deste trabalho é que uma proteção eficiente é conseguida com protetores nasais confeccionados com uma lâmina de EVA (copolímero de etileno e acetato de vinila)flexível de dois milímetros sobreposta por uma lâmina de EVA rígida de um milímetro(chamado aqui de P1). Para verificar esta hipótese foi realizado estudo através de análise em elementos finitos. O EVA flexível é um material hiperelástico, que obedece ao modelo de Ogden, já o EVA rígido obedece ao modelo de Von Mises. Para utilização desses modelos várias constantes precisaram ser determinadas com auxílio de testes mecânicos de compressão. Para o tecido mole (também modelado como Ogden) e osso (modelo elástico linear) foram utilizados parâmetros da literatura. Uma vez determinadas as constantes para os modelos dos materiais envolvidos, foi possível comparar a eficiência do protetor nasal proposto em modelode geometria mais complexa, representativa da realidade, obtida através de escaneamento e tomografia computadorizada. Para que a resposta virtual em elementos finitos simule a realidade de uma situação de impacto, a análise foi, ainda, não-linear e dinâmica. Os resultados mostraram que a hipótese foi confirmada, o protetor nasal P1 mostrou ser eficiente para a proteção dos ossos nasais.

ABSTRACT

In recent years there has been an increase in the number of facial fractures in sports activities. As the nasal bone is in the weakness zone of the face, is one of the most affected by sports accidents. One of the solutions to avoid fracture or refracture is to use a nose guard when practicing sports. Up to date there is no standardization in relation to the manufacture of nasal guards for sports. Moreover, there is no systematic study evaluating the design and combination of materials in nasal guards. The hypothesis of this work is that effective protection is achieved with nasal guards made of a two-millimeter flexible sheet of EVA (ethylene vinyl acetate) overlaid by a none-millimeter layer of rigid EVA(here called P1). To verify this hypothesis a study was accomplished through finite element analysis. The flexible EVA is a hyperelastic material, which follows Ogden’s model, while the rigid EVA follows Von Mises´model. In order to use these models, several constants had to be determined with the aid of mechanical compression tests. For soft tissue (Ogden model) and bones (linear elastic model) the necessary constants were obtained from literature. Once determined the constants for all considered materials, it was possible to compare the efficiency of the proposed nasal guard with a more complex geometry model, representative of reality, achieved by scans and tomography. In order to obtain virtual finite element response that mimitate the real impact situation, the analyses were necessarily non-linear and dynamic. The results showed that the hypothesis was confirmed, the P1 nasal guard was effective for the protection of the nasal bones.