Topologická optimalizace transtibiální ortézy

David Stareczek

Master's thesis

Topological Optimization of Transtibial Orthosis

Abstract:

Stareczek, D. Topologická optimalizace pahýlového lůžka: diplomová práce. Ostrava: VŠB – Technická Univerzita Ostrava, Fakulta strojní, Katedra Aplikované mechaniky, 2020, 54 stran. Vedoucí práce Ing. Pavel Maršálek Ph.D. Tato práce se zabývá topologickou optimalizací pahýlového lůžka transtibiální protézy vytvořené pomocí metody 3D tisku. Cílem práce je studie redukce hmotnosti protézy s ohledem na její nosnost a tuhost. První část se věnuje analýze biomechaniky chůze, studii samotné topologické optimalizace a různým přístupům k návrhu pahýlových lůžek. V další části je testována topologická optimalizace v softwarovém prostředí Ansys Workbench a to prostřednictvím testovacích příkladů, které slouží k odladění počítačového modelu pro použití k aplikaci topologické optimalizace na strukturální úlohy. Práce analyzuje návrh pahýlového lůžka obsahující vnitřní výplň v podobě voštinového pole. Následně je pole nahrazeno plným materiálem a poté je na takto upravené pahýlové lůžko aplikována metoda topologické optimalizace. V závěru práce je navržen univerzální odlehčený model pahýlového lůžka, který slouží ke snížení nákladů na výrobu protézy a tím zvýšení dostupnosti produktu pro všechny pacienty. Práce je zadána na základě potřeb z průmyslové praxe a její výsledky budou využity společností Invent Medical Group s.r.o.

Abstract:

Stareczek, D. Topological Optimization of Transtibial Orthosis: Master Thesis. Ostrava: VŠB – Technical University of Ostrava, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Applied Mechanics, 2020, 54 pages. Head of Thesis Ing.Pavel Maršálek Ph.D. This thesis deals with topological optimization of the stump bed of a transtibial orthosis created by using the 3D printing method. The aim of this work is to study the weight reduction of prosthesis with respect to its load capacity and stiffness. The first part deals with the analysis of walking biomechanics, the study of topological optimization itself and various approaches to the design of stump beds. In the next part, topological optimization is tested in the Ansys Workbench software environment through test examples, which are used to debug the computer model for use in applying topological optimization to structural tasks. The work analyses the design of a stump bed containing an inner filling in the form of a honeycomb field. Subsequently, the field is replaced by solid material and then the method of topological optimization is applied to the stump bed modified in this way. At the end of the work, a universal lightweight model of the stump bed is designed, which serves to reduce the cost of prosthesis production and thus increase the availability of the product for all patients. The work is assigned on the basis of needs from industrial experience and its results will be used by Invent Medical Group s.r.o.

Keywords

Topologická optimalizace, Transtibiální protéza, Protetika, Pahýlové lůžko

Keywords

Topological optimization, Transtibial orthosis, Prosthetics, Stump bed

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 5. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 10. 6. 2020
• Supervisor: Pavel Maršálek
• Reader: Zdeněk Poruba

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Master programme / field:
Strojní inženýrství / Aplikovaná mechanika