数字模拟和实验测试用于增材制造的膝下假肢套套的静态故障预测
Kavuri Karthik Rajashekar1, Srinivasa Prakash Regalla1, Kurra Suresh1
1Department of Mechanical Engineering, BITS Pilani, Hyderabad Campus, Hyderabad, Telangana, India.
概括
这项研究引入了一种可靠的方法来测试3D打印假肢插座的强度. 有限元分析准确地预测了烯二乙 styrene (ABS) 插座的断裂点和负载,有助于更安全的假肢设计.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
背景情况:
- 对截肢者来说,定制的跨关节假肢插座至关重要.
- 增材制造 (AM) 提供了具有成本效益的插座生产的潜力.
- AM下肢假肢的机械骨折行为需要进一步调查.
研究的目的:
- 提出和验证一种新的实验和数值方法,用于评估增材制造的下肢假肢套套的机械强度和断裂行为.
- 为了评估使用Hashin的损坏模型预测插座故障的有限元法 (FEM) 的准确性.
- 为了建立一个选择安全和性能最佳插座厚度的基础.
主要方法:
- 通过计算机辅助设计 (CAD) 从截肢者的残余肢体中逆向设计一个跨节口.
- 使用化丝制造 (FFF) 制造烯丁乙烯 (ABS) 插座的制造.
- 实验测试插座强度和断裂,再加上使用哈辛损伤模型的FEM模拟.
主要成果:
- 一个4毫米厚的插座的实验断裂发生在918.5N,从叶片角开始.
- FEM预测了故障负载的低误差为2.45% (896.6N).
- FEM准确地预测了不同厚度 (3,5和6毫米) 的插座的故障负载.
结论:
- 开发的实验和FEM方法提供了一种可靠的方法,用于对膝下假肢套套的静态故障测试.
- 哈辛的损伤模型有效地模拟了多层AM插座的机械行为和断裂.
- 这项工作使得基于安全因子 (FoS) 的插座厚度选择可用于个性化的假肢安装.
