Дослідження механічних характеристик композитного протезного кіля на основі статичного навантаження: обчислювальний аналіз

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.256943

Ключові слова:

напруження за Мізесом, спрямоване зміщення, повне зміщення, еквівалентна пружна деформація, МКЕ

Анотація

У роботі було вивчено чисельне моделювання механічних характеристик композитної конструкції протезного кіля при статичному навантаженні та були включені результати даного дослідження. Протезний кіль виготовлений з композиту на основі епоксидної смоли та скловолокна, 3 % (БВНТ з SiC) та вуглецевої нанотрубки, які використовуються в поєднанні з іншими матеріалами для створення конструкції. Прикладена сила в цьому прикладі становить 1000 Н відповідно до раніше встановленої в даному випадку граничної умови. Для створення моделі протезного кіля використовувався програмний пакет моделювання ANSYS. Через повне зміщення основні результати моделювання моделі протезного кіля сходяться відповідно до повного зміщення, яке використовувалось в якості еталону для визначення повного зміщення. Основний результат поточного чисельного аналізу був успішно підтверджений з урахуванням результатів попереднього експериментального дослідження. Механічні характеристики композитної конструкції протезного кіля визначаються чотирма основними критеріями, результати яких ґрунтуються на отриманих даних. Аналізовані аспекти включають еквівалентну пружну деформацію, тривісне спрямоване зміщення, повне зміщення та еквівалентне напруження (за Мізесом). Незважаючи на те, що повне зміщення становить всього 0,00058 мм при статичному навантаженні 1000 Н (найменше досяжне значення), воно являє собою найбільше повне зміщення. Еквівалентне напруження (за Мізесом) відреагувало на навантаження з відгуком 0,045 МПа, що є досить низьким значенням. Крім того, була проведена еквівалентна пружна деформація, в результаті чого значення пружної деформації склало 3,4*10^7.

Біографії авторів

Kussay Ahmed Subhi, Al-Furat Al-Awsat Technical University ATU

Senior Lecturer

Department of Mechanical Equipment Engineering

Al-Mussaib Technical College TCM

Department of Medical Instruments Engineering Techniques

Emad Kamil Hussein, Al-Furat Al-Awsat Technical University ATU

Assistant Professor

Department of Mechanical Power Engineering

Al-Mussaib Technical College TCM

Haider Rahman Dawood Al-Hamadani, Al-Furat Al-Awsat Technical University ATU

Senior Lecturer

Department of Mechanical Equipment Engineering

Al-Mussaib Technical College TCM

Hussein Kadhim Sharaf, Dijlah University College

Researcher

Department of Air Conditioning and Refrigerating

Посилання

  1. Santana, J. P., Beltran, K., Barocio, E., Lopez-Avina, G. I., Huegel, J. C. (2018). Development of a Low-Cost and Multi-Size Foot Prosthesis for Humanitarian Applications. 2018 IEEE Global Humanitarian Technology Conference (GHTC). doi: https://doi.org/10.1109/ghtc.2018.8601851
  2. Hamzah, M., Gatta, A. (2018). Design of a Novel Carbon-Fiber Ankle-Foot Prosthetic using Finite Element Modeling. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 433, 012056. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/433/1/012056
  3. Anane-Fenin, K., Akinlabi, E. T., Perry, N. (2019). Optimization Methods for Minimizing Induced Stress During Tensile Testing of Prosthetic Composite Materials. Advances in Mechatronics and Mechanical Engineering, 180–206. doi: https://doi.org/10.4018/978-1-5225-8235-9.ch008
  4. Hussein, E. K., Subhi, K. A., Gaaz, T. S. (2021). Effect of Stick - Slip Phenomena between Human Skin and UHMW Polyethylene. Pertanika Journal of Science and Technology, 29 (3). doi: https://doi.org/10.47836/pjst.29.3.06
  5. Cavallaro, L., Tessari, F., Milandri, G., De Benedictis, C., Ferraresi, C., Laffranchi, M., De Michieli, L. (2021). Finite element modeling of an energy storing and return prosthetic foot and implications of stiffness on rollover shape. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine, 236 (2), 218–227. doi: https://doi.org/10.1177/09544119211044556
  6. Prost, V., Peterson, H. V., Winter, A. G. (2021). Multi-Keel Passive Prosthetic Foot Design Optimization Using the Lower Leg Trajectory Error Framework. Volume 8A: 45th Mechanisms and Robotics Conference (MR). doi: https://doi.org/10.1115/detc2021-67673
  7. Mohammed, S. karim. (2021). Design and Manufacturing of a New Prosthetic Foot. Journal Port Science Research, 4 (2), 109–115. doi: https://doi.org/10.36371/port.2020.2.8
  8. Subhi, K. A., Hussein, E. K., Al-Jumaili, S. A. K., Abbas, Z. A. (2022). Implementation of the numerical analysis of dynamic loads on the composite structure employing the FE method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (7 (115)), 42–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.253545
  9. Lecomte, C., Ármannsdóttir, A. L., Starker, F., Tryggvason, H., Briem, K., Brynjolfsson, S. (2021). Variable stiffness foot design and validation. Journal of Biomechanics, 122, 110440. doi: https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2021.110440
  10. Baharuddin, M. H., Ab Rashid, A. M., Nasution, A. K., Seng, G. H., Ramlee, M. H. (2021). Patient-specific design of passive prosthetic leg for transtibial amputee: Analysis between two different designs. Malaysian Journal of Medicine and Health Sciences, 17 (4), 228–234.‏ Available at: https://medic.upm.edu.my/upload/dokumen/2021100809555732_MJMHS_0119.pdf
  11. Subhi, K. A., Tudor, A., Hussein, E. K., Wahad, H., Chisiu, G. (2018). Ex-Vivo Cow Skin Viscoelastic Effect for Tribological Aspects in Endoprosthesis. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 295, 012018. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/295/1/012018
  12. May, C., Egloff, M., Butscher, A., Keel, M. J. B., Aebi, T., Siebenrock, K. A., Bastian, J. D. (2018). Comparison of Fixation Techniques for Acetabular Fractures Involving the Anterior Column with Disruption of the Quadrilateral Plate. Journal of Bone and Joint Surgery, 100 (12), 1047–1054. doi: https://doi.org/10.2106/jbjs.17.00295
  13. Daniele, B. (2020). Evolution of prosthetic feet and design based on gait analysis data. Clinical Engineering Handbook, 458–468. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-813467-2.00070-5
  14. Kokz, S. A., Alher, M. A., Ajibori, H. S. S., Muhsin, J. J. (2021). Design and Analysis of a Novel Artificial Ankle-Foot Joint Mechanism. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1067 (1), 012140. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1067/1/012140
  15. Kaluf, B., Cox, C., Shoemaker, E. (2021). Hydraulic- and Microprocessor-Controlled Ankle-Foot Prostheses for Limited Community Ambulators with Unilateral Transtibial Amputation: Pilot Study. JPO Journal of Prosthetics and Orthotics, 33 (4), 294–303. doi: https://doi.org/10.1097/jpo.0000000000000369
  16. Khandagale, B. D., Pise, U. V. (2022). Numerical and experimental investigation of hinged Ankle-Foot-Orthoses (AFO) using composite laminate material for Cerebral Palsy patient. Materials Today: Proceedings. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.02.554
  17. Sharaf, H. K., Ishak, M. R., Sapuan, S. M., Yidris, N., Fattahi, A. (2020). Experimental and numerical investigation of the mechanical behavior of full-scale wooden cross arm in the transmission towers in terms of load-deflection test. Journal of Materials Research and Technology, 9 (4), 7937–7946. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.04.069
  18. Salman, S., Sharaf, H. K., Hussein, A. F., Khalaf, N. J., Abbas, M. K., Aned, A. M. et. al. (2022). Optimization of raw material properties of natural starch by food glue based on dry heat method. Food Science and Technology, 42. doi: https://doi.org/10.1590/fst.78121
  19. Raheemah, S. H., Fadheel, K. I., Hassan, Q. H., Aned, A. M., Turki Al-Taie, A. A., Sharaf, H. K. (2021). Numerical Analysis of the Crack Inspections Using Hybrid Approach for the Application the Circular Cantilever Rods. Pertanika Journal of Science and Technology, 29 (2). doi: https://doi.org/10.47836/pjst.29.2.22
  20. Sharaf, H. K., Salman, S., Dindarloo, M. H., Kondrashchenko, V. I., Davidyants, A. A., Kuznetsov, S. V. (2021). The effects of the viscosity and density on the natural frequency of the cylindrical nanoshells conveying viscous fluid. The European Physical Journal Plus, 136 (1). doi: https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-020-01026-y
  21. Hussien, H. M., Yasin, S. M., Udzir, N. I., Ninggal, M. I. H., Salman, S. (2021). Blockchain technology in the healthcare industry: Trends and opportunities. Journal of Industrial Information Integration, 22, 100217. doi: https://doi.org/10.1016/j.jii.2021.100217
  22. Abu Talib, A. R., Salman, S. (2022). Heat transfer and fluid flow analysis over the microscale backward-facing step using βGa2O3 nanoparticles. Experimental Heat Transfer, 1–18. doi: https://doi.org/10.1080/08916152.2022.2039328
  23. Salman, S., Talib, A. R. A., Saadon, S., Sultan, M. T. H. (2020). Hybrid nanofluid flow and heat transfer over backward and forward steps: A review. Powder Technology, 363, 448–472. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.12.038
  24. Sharaf, H. K., Ishak, M. R., Sapuan, S. M., Yidris, N. (2020). Conceptual design of the cross-arm for the application in the transmission towers by using TRIZ–morphological chart–ANP methods. Journal of Materials Research and Technology, 9 (4), 9182–9188. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.05.129
  25. Chauhan, P., Singh, A. K., Raghuwanshi, N. K. (2022). The state of art review on prosthetic feet and its significance to imitate the biomechanics of human ankle-foot. Materials Today: Proceedings. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.03.379

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-06-30

Як цитувати

Subhi, K. A., Hussein, E. K., Al-Hamadani, H. R. D., & Sharaf, H. K. (2022). Дослідження механічних характеристик композитного протезного кіля на основі статичного навантаження: обчислювальний аналіз . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(7(117), 22–30. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.256943

Номер

Том 3 № 7(117) (2022): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Kussay Ahmed Subhi, Emad Kamil Hussein, Haider Rahman Dawood Al-Hamadani, Hussein Kadhim Sharaf

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.