КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ СТЕЛЕК ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

  • Николай Васильевич Носов Самарский государственный технический университет
  • Александра Павловна Зябочкина Самарский государственный технический университет
Ключевые слова: ортопедические стельки, деформация ортезов, САЕ-анализ, 3D-модель стелек, технологический маршрут обработки, программирование обработки на станках с ЧПУ, себестоимость изготовления индивидуальных стелек

Аннотация

В работе представлены результаты исследований, направленных на повышение качества индивидуальной ортопедической стельки путем разработки и внедрения в процесс проектирования современных методов компьютерного моделирования, анализа материалов стельки и учета их механического поведения при эксплуатации.

В экспериментальной части проводилось сжатие образцов из комбинированных EVA-материалов. Полученные физико-механические свойства были смоделированы в CAE-системе. Посредством CAE-системы исследована деформация свода стельки при различной нагрузке и комбинировании EVA-материалов различной твердости.

Спроектирована в OrthoModel модель стельки, экспортированная в формат файла STL. Затем с помощью программы FreeCAD формат STL экспортировали в STEP, так как ANSYS более адаптирован для твердотельного формата. Создана конечно-элементная модель стельки, к которой прикладывались рабочие нагрузки. Получены напряжения и деформации стельки в процессе нагружения в зависимости от комбинации материала и геометрических параметров стопы.

В работе предложена методика проектирования индивидуальных ортопедических стелек, выбрана рациональная конструкция и материал стелек. Проведены расчеты деформации стелек при нагрузке, которые учтены в последующем при программировании обработки стелек на станках с ЧПУ. Имея 3D-модель стельки, можно не только изготовить ее на станке с ЧПУ, но и напечатать на 3D-принтере. Важная часть работы – это обоснование себестоимости изготовления индивидуальных ортопедических стелек; расчеты показывают, что дорогостоящая технология вполне себя оправдывает.

Биографии авторов

Николай Васильевич Носов, Самарский государственный технический университет

доктор технических наук, профессор

Александра Павловна Зябочкина, Самарский государственный технический университет

аспирант

Литература

Борисов В.В. Клинико-экспериментальное исследование материала для изготовления защитных зубных шин на основе этиленвинилацетата методом термоформирования : автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 2017. 24 с.

ГОСТ 269-66 (СТ СЭВ 983-89) Резина. Общие требования к проведению физикомеханических испытаний. М.: Издательство стандартов, 1993. 11 c.

Wu L. Nonlinear finite element analysis for musculoskeletal biomechanics of medial and lateral plantar longitudinal arch of Virtual Chinese Human after plantar ligamentous structure failures // Clinical Biomechanics. 2007. Vol. 22. № 2. P. 221–229.

Cheung J.T., Zhang M., Leung A.K., Fan Y.B. Three-dimensional finite element analysis of the foot during standing–a material sensitivity study // Journal Biomechanics. 2005. Vol. 38. № 5. Р. 1045–1054.

George J.J., Bhowmick A.K. Influence of matrix polarity on the properties of ethylene vinyl acetate-Carbon Nanofiller Nanocomposites // Nanoscale Research Letters. 2009. Vol. 4. № 7. P. 655–664.

Chen W.-P., Tang F.-T., Ju C.-W. Stress distribution of the foot during mid-stance to push-off in barefoot gait: a 3-D finite element analysis // Clinical Biomechanics. 2001. Vol. 6. № 7. P. 614–620.

Abd Elbary A.M., Aljuraide N.I. Effect of electron-beam irradiation on the mechanical properties of poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) – PPY polymer blends // International Journal of Scientific & Engineering Research. 2016. Vol. 7. № 9. P. 1487–1504.

Zaini N.A.M., Ismail H., Rusli A. Tensile, thermal, flammability and morphological properties of sepiolite filled ethylene propylene diene monomer (EDPM) rubber composites // Iranian Polymer Journal. 2018. Vol. 27. № 5. P. 287–296.

Sasikala1 A., Kala1 A. Thermal stability and mechanical strength analysis of EVA and blend of EVA with natural rubber // Materials today: Proceedings. 2018. Vol. 5. № 2. P. 8862–8867.

Shimazaki Y., Nozu S., Inoue T. Shock-absorption properties of functionally graded EVA laminates for footwear design // Polymer Testing. 2016. Vol. 54. P. 98–103.

Taha Z., Norman M.S., Omar S.F.S., Suwarganda E. A finite element analysis of a human foot model to simulate neutral standing on ground // Procedia Engineering. 2016. Vol. 147. P. 240–245.

Cheung J.T.-M., Zhang M. Parametric design of pressure-relieving foot orthosis using statistics-based finite element method // Medical Engineering & Physics. 2008. Vol. 30. № 3. P. 269–277.

Платунов К.М., Бахтиаров И.Х. Работа подошвы в обуви // Сборник трудов ЦНИИКЗ. Т. 2. Вып. 1. М.: Медгиз, 1935. С. 200–319.

Eco-cover: производство и продажа экологически чистых покрытий для спорта и дома. URL: eco-cover.ru/.

Anggoro P.W., Saputra E., Tauviqirrahman M., Jamari J., Bayuseno A.P. A 3-dimensional finite element analysis of the insole shoe orthotic for foot deformities // International Journal of Applied Engineering Research. 2017. Vol. 12. № 15. P. 5254–5260.

Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах. М.: КомпьютерПресс, 2002. 224 с.

Каталог продукции // Eco-cover: производство и продажа экологически чистых покрытий для спорта и дома. URL: eco-cover.ru/product-catalogue/eva-sheet/areas-of-application.html.

Roy KJ. Force, pressure, and motion measurements in the foot: current concepts // Clin Podiatr Med Surg. 1988. Vol. 5. № 3. P. 491–508.

Косилова А.Г., Мещеряков Р.П. Справочник технолога-машиностроителя. Т. 2. М.: Машиностроение, 1986. 496 с.

Мельник Е.А. Экономика предприятия. М.: Юрайт, 2013. 303 с.

Опубликован
2018-09-28
Выпуск
Раздел
Технические науки