Celem pracy było wykonanie wkładek protezy stopy z materiałów kompozytowych o kontrolowanych właściwościach na podstawie wyników badań właściwości mechanicznych próbek kompozytowych. Użyto kompozytów o osnowie z żywicy epoksydowej modyfikowanych tkaniną węglową oraz hybrydową węglowo-aramidową. Badania wykazały, że kompozyty zawierające tkaninę hybrydową charakteryzującą się lepszymi właściwościami mechanicznymi w porównaniu do kompozytów z włóknami węglowymi, które są kruche i wcześniej ulegają zniszczeniu. Protezy wykonane z kompozytów modyfikowanych tkaniną hybrydową węglowo-aramidową powinny bezpiecznie spełniać swoje funkcje biomechaniczne, nie narażając pacjenta na ryzyko ich uszkodzenia podczas codziennej aktywności
EN
The aim of this work was to prepare prosthetic inserts made of composite materials with controlled properties, based on results of examination of mechanical properties of composite samples. Composites with epoxy resin matrix modified with carbon fabric, as well as hybrid carbon-aramid fabric, have been used in this study. The experiment proved that composites containing hybrid fabric have better mechanical properties than composites containing only carbon fibres, which are brittle and subjected to premature damage. Prostheses made of composites modified with hybrid carbon-aramid fabric should safely fulfill their mechanical functions, without exposing patients to risk damage during every day's activity
In this paper, natural frequencies of a three-layered foot prosthesis are investigated. The model of foot prosthesis consisted of a three-layered base, which substitutes a human foot and an element in the shape of an arc that represents a shank of human. The base consists of three layers made of carbon fiber. In the lower part of the prosthesis, the auxetic layer is used as the inner layer. Numerical analysis is made for different parameters of the central layer: the thickness and the value of Poisson’s ratio. The simulations are used to investigate the influence of an auxetic layer on prosthesis vibrations and compare the impact of different parameters on results. Calculations are made using the finite element method implemented in Autodesk Fusion 360. The results show that the auxetic layer has a great impact on tolerance to vibrations and mobility.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Materiał. W pracy skupiono się na przedstawieniu wymagań stawianych protezom kończyn dolnych zarówno dla wyrobów produkowanych seryjnie, jak i wyrobów w formie indywidualnego zaopatrzenia ortopedycznego. Przedstawiono szereg dostępnych metod badawczych protez kończyny dolnej wg wytycznych od zawartych w normach po alternatywne i metody badawcze dla wyrobów w formie indywidualnego zaopatrzenia ortopedycznego. Metoda. Analizie poddano pięć metod badawczych. Część z nich stanowiła metody doświadczalne z zastosowaniem różnej aparatury pomiarowej z metodami opartymi na symulacjach komputerowych pokazujących w sposób wirtualny zachowanie się badanej protezy. Dynamikę pracy protezy należy rozpatrzyć w zależności od aktywności pacjenta i tak też ją badać. Analizę wykonano, stosując ocenę ilościową i jakościową przedmiotu badań. Wyniki. Wynikiem pracy jest analiza przedstawionych i dostępnych metod badawczych protez stopy/kończyn dolnych w aspekcie walidacji tych rozwiązań. Przeprowadzona analiza pokazała, że dokonanie analitycznych obliczeń lub symulacji komputerowych na zaproponowanym rozwiązaniu (jako badania wstępne, dopasowujące rozpatrywane rozwiązanie protezy pod cechy osobnicze pacjenta) zmniejszy prawdopodobieństwo, że wybrane rozwiązanie jest nieprawidłowo opracowane pod wymagania wybranego pacjenta. Wnioski. Z przeprowadzonej analizy różnych technik badań protezy kończyny dolnej wynika, że w przypadku badań produktów seryjnych przed poddaniem badaniom doświadczalnym (wymaganym) w laboratorium warto walidować je, wykorzystując komputerowe symulacje. Dla zaopatrzenia indywidualnego badanie protez nie jest wymaganiem, ale zastosowanie alternatywnych badań dla protez przez symulacje komputerowe pozwoli produkować jednostkowo lepsze protezy. Takie podejście pozwoli w projekcie uwzględnić cechy osobnicze pacjenta i wyeliminować błędy w konstrukcji.
EN
Objective. The work has focused on presenting the requirements for lower limb prostheses for serially produced products as well as products in the form of individual orthopedic supplies. A number of available test methods for lower limb prostheses are presented, according to the guidelines included in the standards, and alternative test methods for products in the form of an individual orthopedic supply. Methods. Five research methods were analyzed. Some of which were experimental methods using different measuring apparatus with methods based on computer simulations showing the virtual behavior of the examined prosthesis. The dynamics of prosthesis work should be considered depending on the patient’s activity and so should be examined. The analysis was performed using the quantitative and qualitative evaluation of the subject research. Results. The results of the work is the analysis of presented and available test methods of the foot/lower limb prostheses in the aspect of these solutions validation. The conducted analysis showed that performing analytical calculations or computer simulations on the proposed solution (as preliminary tests, matching the considered prosthesis solution under the patient’s peculiar features) will reduce the probability that the chosen solution is incorrectly developed under the requirements of the selected patient. Conclusions. The analysis of various techniques of testing the lower limb prosthesis shows that in the case of testing serial products before undergoing experimental (required) testing in the laboratory, is worth validating them using computer simulations. For individual supply, examination of prostheses is not a requirement, but the use of alternative tests for prostheses by computer simulations will allow to produce better prostheses. This approach will allow the project to take into account the peculiar characteristics of the patient and eliminate errors in the design prosthesis.
Klasyfikacja protez stóp opiera się głównie na ich zachowaniu w momencie kontaktu z podłożem. Pod tym względem wyróżniamy stopy sztywne oraz sprężyste, charakteryzujące się możliwością tłumienia drgań i magazynowania oraz uwalniania energii. Współczesne elastyczne protezy stóp przeznaczone dla osób wykazujących wysoką i bardzo wysoką aktywność wytwarzane są z materiałów kompozytowych zawierających włókna węglowe. W zależności od modyfikacji kompozytów stopa może uzyskać różną sprawność – stosunek energii uwolnionej do zmagazynowanej. Im większa aktywność pacjentów, tym wyższy stopień mobilności (K) i możliwość zastosowania protezy o wyższej sprawności. Nieujednolicone metody pomiarowe charakterystyki energetycznej protez powodują nieścisłości w określaniu sprawności, powodując tym samym trudności w optymalnym doborze stopy do aktywności pacjenta. W niniejszym artykule omówiono pojęcie sprawności w kontekście elastycznych protez stóp. Przedstawiono zagadnienia związane z transferem energii w trakcie chodu, a także dokonano klasyfikacji rodzaju protez stóp dostępnych na rynku z uwzględnieniem ich sprawności.
EN
Classification of foot prostheses is based mainly on their behaviour at the time of contact with the ground. In this respect, rigid and elastic feet are distinguished. Elastic feet characterized by the ability to compress vibrations, store and release energy are made of composite materials containing carbon fibres. Depending on the modification of the composites, the foot can get different efficiency – the ratio of energy released to the stored. The greater the activity of patients, the higher the degree of mobility (K) and the possibility of using a more efficient prosthesis. Non-standard measurement methods for the energy performance of prostheses cause inaccuracies in determining the efficiency, thus causing difficulties in the optimal selection of the foot to the patient’s activity. This article discusses the concept of efficiency in the context of flexible foot prostheses. Issues related to energy transfer during the walk have been presented, as well as classification of the type and efficiency of prosthetic feet available on the market.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.