Resumen de Evaluación del rediseño de una unión de prótesis utilizando análisis de elementos finitos

Natali Olaya Mira, Camilo Alberto Rivera Velásquez, Jesús Alberto Plata Contreras

• español

  El pie de Jaipur es un tipo de prótesis ideal para amputados en países en desarrollo porque está hecho de materiales económicos y se centra en la asequibilidad y la funcionalidad. Algunos estudios han examinado las áreas del pie de Jaipur que presentan mayor daño, pero no la unión entre el tubo de polietileno de alta densidad y el pie protésico. El propósito de este trabajo es evaluar diferentes diseños parala unión entre el Pie de Jaipur y el tubo de polietileno de alta densidad de estaprótesis exoesquelética mediante análisis de elementos finitos. La geometría del pie de Jaipur se modeló utilizando escaneo 3D para la forma externa y bocetos para la composición interna del pie. Se realizaron múltiples simulaciones utilizando elementos finitos, así como un estudio lineal para probar la convergencia de la malla y un estudio no lineal que reprodujo una carga variable simulando las condiciones durante la marcha. Los modelos de unión que incluyen pernos múltiples presentaron fallas por esfuerzos máximos sobre el bloque de madera y desplazamientos máximos. Por el contrario, el modelo con un solo perno no falló y el modelo adhesivo resultó serla mejor solución a la unión entre los componentes de la prótesis. La mejor opción de unión es el adhesivo epóxico ya que, al estar más uniformemente distribuidas las cargas sobre la superficie de contacto entre el polietileno de alta densidad y el pie protésico, las tensiones se concentran menos. Por lo tanto, se puede controlar más eficientemente el daño en esa zona, alargando así la vida útil de la prótesis y mejorando sus características.

• English

  The Jaipur Foot is a type of prosthesis ideally suited for amputees in developing countries because it is made of inexpensive materials and focusedon affordability and functionality. Studies have examined the areas of the Jaipurfoot that present the greatest damage, but not the juncture between the high density polyethylene tube and the prosthetic foot. The purpose of this paper is to evaluate different designs for the juncture between the Jaipur Foot and the high density polyethylene tube of this exoskeletal prosthesis by means of finite elementanalysis. The geometry of the Jaipur foot was modeled using 3D scanning for theexternal shape and sketching for the internal composition of the foot. Multiplesimulations were conducted using finite elements, as well as a linear study to prove the convergence of the mesh and a nonlinear study that reproduced a variableload simulating the conditions during gait. The junction models that includemultiple bolts presented failures due to maximum stresses on the wooden blockand maximum displacements. On the contrary, the model with a single boltdid not fail, and the adhesive model turned out to be the best solution to thejuncture between the prosthesis components. The best juncture option is epoxyadhesive because, as loads are more evenly distributed over the contact surfacebetween the high density polyethylene and the prosthetic foot, the stresses areless concentrated. Therefore, the damage to that area can be more efficiently controlled, thus extending the lifetime of the prosthesis and improving its characteristics.