Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thiết kế và Tối ưu hóa Chân Giả Sandwich Lattice Hình Kim Tự Tháp CFRP In 3D với Độ Cứng Biến Thiên
Tóm tắt
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một phương pháp tối ưu hóa năng lượng trả lại cho các chân giả composite cấu trúc sandwich nhẹ và nghiên cứu hiệu suất của các composite gia cường sợi ngắn in 3D trong các chân giả ESR. Một sản phẩm thương mại được sử dụng làm mô hình gốc, và một cấu trúc sandwich lattice hình kim tự tháp nhẹ được sử dụng để thiết kế chân giả. Một phương pháp tối ưu hóa gradient được thiết kế để tối ưu hóa đặc điểm lưu trữ năng lượng của forefoot, hindfoot và midfoot cho nhiều trường hợp hoạt động dựa trên phương pháp bề mặt phản hồi. Mô hình phản hồi của các tham số cấu trúc sandwich lattice hình kim tự tháp và năng lượng trả lại của chân giả đã được thiết lập. Chân giả cấu trúc sandwich lattice hình kim tự tháp có độ cứng biến thiên được thiết kế có hiệu suất lưu trữ năng lượng cao hơn trong các điều kiện tiếp đất gót chân (17.55%), đứng giữa (20.16%), và đẩy chân (55.93%), điều này làm cho nó phù hợp hơn với các yêu cầu đi lại của chân giả. Phương pháp nghiên cứu của bài báo này đã thành công trong việc hiện thực hóa ứng dụng của các cấu trúc sandwich ma trận điểm composite nhẹ trong chân giả, và phương pháp tối ưu hóa được đề xuất có ý nghĩa hướng dẫn cho việc tối ưu hóa năng lượng trả lại của chân giả.
Từ khóa
#chân giả #cấu trúc sandwich nhẹ #composite #tối ưu hóa #năng lượng trả lại #in 3D #CFRPTài liệu tham khảo
A. Cieza, K. Causey, K. Kamenov, et al., “Global estimates of the need for rehabilitation based on the Global Burden of Disease Study 2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019," The Lancet, 396, No. 10267, 2006–2017 (2021).
C. L. McDonald, S. Westcott-McCoy, M. R. Weaver, et al., “Global prevalence of traumatic non-fatal limb amputation,” Prosthet Orthot Int, 45, No. 2, 105–114 (2021).
J. Z. Laferrier, A. Grof, S. Hale, et al., “A review of commonly used prosthetic feet for developing countries: a call for research and development,” J Nov Physiother, 8, No. 1, 380 (2018).
M. Marino, S. Pattni, M. Greenberg, et al., “Access to prosthetic devices in developing countries: pathways and challenges,” in: Proc. 2015 IEEE Global Humanitarian Technology Conference (GHTC), Seattle, USA (2015), pp. 45–51.
E. C. Baars, E. Schrier, P. U. Dijkstra, et al., “Prosthesis satisfaction in lower limb amputees: A systematic review of associated factors and questionnaires,” Medicine, 97, No. 39, e12296 (2018).
S. Farrokhi, B. Mazzone, A. Yoder, et al., “A narrative review of the prevalence and risk factors associated with development of knee osteoarthritis after traumatic unilateral lower limb amputation,” Mil Med, 181, No. S4, 38–44 (2016).
B. J. South, N. P. Fey, G. Bosker, et al., “Manufacture of energy storage and return prosthetic feet using selective laser sintering,” J Biomech Eng, 132, No. 1, 015001 (2010).
H. H. Warder, J. K. Fairley, J. Coutts, et al., “Examining the viability of carbon fiber reinforced threedimensionally printed prosthetic feet created by composite filament fabrication,” Prosthet Orthot Int, 42, No. 6, 644–651(2018).
H. J. Um, H. S. Kim, W. Hong, et al., “Design of 3D printable prosthetic foot to implement nonlinear stiffness behavior of human toe joint based on finite element analysis,” Sci Rep, 11, No. 1, 19780 (2021).
S. A. Ghannadpour, M. Mahmoudi, and K. H. Nedjad, “Structural behavior of 3D-printed sandwich beams with strut-based lattice core: experimental and numerical study,” Compos Struct, 281, 115113 (2022).
L. Bai, X. Yue, X. Chen, et al., “Improved mechanical properties and energy absorption of Ti6Al4V laser powder bed fusion lattice structures using curving lattice struts,” Mater Design, 211, 110140 (2021).
N. D. Womac, R. R. Neptune, and G. K. Klute, “Stiffness and energy storage characteristics of energy storage and return prosthetic feet,” Prosthet Orthot Int, 43, 266–275 (2019).
M. D. Geil, “Energy loss and stiffness properties of dynamic elastic response prosthetic feet,” J Prosthet Orthot, 13, 70–73(2001).
P. G. Adamczyk, M. Roland, and M. E. Hahn, “Sensitivity of biomechanical outcomes to independent variations of hindfoot and forefoot stiffness in foot prostheses,” Hum Movement Sci, 54, 154–171(2017).
N. P. Fey, G. K. Klute, and R. R. Neptune, “The influence of energy storage and return foot stiffness on walking mechanics and muscle activity in below-knee amputees,” Clin Biomech, 26, No. 10, 1025–1032 (2011).
P. G. Adamczyk, M. Roland, and M. E. Hahn, “Sensitivity of biomechanical outcomes to independent variations of hindfoot and forefoot stiffness in foot prostheses,” Hum Movement Sci, 54, 154–171 (2017).
Y. Song, S. Choi, S. Kim, et al., “Performance test for laminated-type prosthetic foot with composite plates,” Int J Precis Eng Man, 20, 1777–1786 (2019).
C. Bellini, R. Borrelli, F. D. Caprio, et al., “Hybrid structures in titanium-lattice/FRP: effect of skins material on bending characteristics,” Procedia Struct Integr, 41, 3–8 (2022).
S. R. Chowdhury and J. Reddy, “Geometrically exact micropolar Timoshenko beam and its application in modelling sandwich beams made of architected lattice core,” Compos Struct, 226, 111228 (2019).
C. Zeng, L. Liu, W. F. Bian, et al., “Bending performance and failure behavior of 3D printed continuous fiber reinforced composite corrugated sandwich structures with shape memory capability,” Compos Struct, 262, 113626 (2021).