informe de la protesis

6-12-2015

Presentado por:

Alberto Adárraga

Carlos Altamar

Bayran Arrieta

Donaldo Donado

Luis Fernández

Jose Urueta

Manuel Gonzales

1

Lista de figuras

Figura 1, Ciclo de marcha humana. [4]................................................................................................6

Figura 2, Corte para amputación transfemoral. [8]...............................................................................6

Figura 3, Prótesis transfemoral. [8]......................................................................................................7

Figura 4, Prótesis Transtibial.[10].........................................................................................................7

Figura 5, Molde para socket transfemoral............................................................................................8

Figura 6, Socket transfemoral terminado..............................................................................................8

Figura 7, Socket en fibra de vidrio........................................................................................................8

Figura 8, Molde para socket transtibial.................................................................................................9

Figura 9, Socket transtibial terminado..................................................................................................9

Figura 10, Pie dinámico........................................................................................................................9

Figura 11, Tubo de aluminio acoplado al socket transfemoral...........................................................10

Figura 12, Tubo galvanizado acoplado al pie dinámico......................................................................10

Figura 13, Tubo galvanizado acoplado al socket transtibial...............................................................10

Figura 14, Rótula................................................................................................................................11

Figura 15, Rotula................................................................................................................................11

Figura 16, Pie dinámico......................................................................................................................11

Figura 17, Tubo de aluminio acoplado al socket transfemoral...........................................................11

Figura 18, Tubo galvanizado acoplado al pie dinámico......................................................................11

Figura 19, Guía para restricción del movimiento de la rótula.............................................................12

Figura 20, Perno.................................................................................................................................12

Figura 21, Socket transfemoral...........................................................................................................12

Figura 22, Socket Transtibial..............................................................................................................12

Figura 23, Tubo galvanizado acoplado al socket transtibial...............................................................12

Figura 24, Plano de la rótula...............................................................................................................13

Figura 25, Plano del pie dinámico.......................................................................................................13

Figura 26, Plano del socket transfemoral...........................................................................................13

Figura 27, Plano del tubo galvanizado acoplado al pie dinámico.......................................................13

Figura 28, Plano del tubo de aluminio acoplado al socket transfemoral.............................................13

Figura 29, Plano del tubo galvanizado acoplado al socket transtibial................................................13

Figura 30, Plano de la guía para restringir el movimiento de la rótula................................................14

Figura 31, Plano del socket transtibial................................................................................................14

Figura 32, Ensamble de prótesis transtibial........................................................................................14

Figura 33, Ensamble de prótesis Transfemoral..................................................................................14

Figura 34, Vista explosionada prótesis transtibial...............................................................................14

Figura 35, Vista explosionada prótesis transfemoral..........................................................................14

Figura 36, Mallado del socket transfemoral........................................................................................15

2

Figura 37, Aplicaciones de cargas y sujeciones.................................................................................16

Figura 38, Resultados desplazamiento 1 por análisis estadístico......................................................16

Figura 39, Resultados tensiones 1 por análisis estadístico................................................................16

Figura 40, Resultados deformación unitaria 1 por análisis estadístico...............................................17

Figura 41, Mallado del socket transtibial.............................................................................................17

Figura 42, Aplicación de cargas y sujeciones.....................................................................................18

Figura 43, Resultado desplazamiento por análisis estadístico...........................................................18

Figura 44, Resultado tensiones 1 por análisis estadístico..................................................................18

Figura 45, Resultado deformación unitaria por análisis estadístico....................................................19

Figura 46, Mallado del tubo de aluminio.............................................................................................19

Figura 47, Aplicación de la carga y las sujeciones.............................................................................20

Figura 48, Resultado tensiones 1 por análisis estático.......................................................................20

Figura 49, Resultado factor de seguridad por análisis estático..........................................................20

Figura 50, Resultados de amplitud por pandeo..................................................................................21

Figura 51, Resultados 1 por fatiga......................................................................................................21

Figura 52, Curva SN...........................................................................................................................21

Figura 53, Resultados 2 por fatiga......................................................................................................22

Figura 54, Mallado..............................................................................................................................22

Figura 55, Aplicación de cargas y sujeciones.....................................................................................23

Figura 56, Factor de seguridad por análisis estático..........................................................................23

Figura 57, Mallado..............................................................................................................................25

Figura 58, Resultado de tensiones 1 por análisis estático.................................................................26

Figura 59, Resultados de desplazamiento 1 por análisis estático.....................................................26

Figura 60, Resultados de factor de seguridad por análisis estático...................................................26

Figura 61, Resultados de deformación unitaria por análisis estático..................................................26

Figura 62, Resultado 1 por análisis de fatiga......................................................................................27

Figura 63 Curva SN............................................................................................................................27

Figura 64, Resultado 2 por análisis de fatiga......................................................................................27

Figura 65, Mallado..............................................................................................................................28

Figura 66, Resultados de tensión 1 por análisis estadístico...............................................................29

Figura 67, Resultados de desplazamiento por análisis estadístico....................................................29

Figura 68, Resultados de factor de seguridad por análisis estadístico..............................................29

Figura 69, Resultados de deformación unitaria por análisis estadístico.............................................29

Figura 70, Resultados de amplitud 1 por análisis de pandeo.............................................................29

Figura 71, Curva SN...........................................................................................................................30

Figura 72, Resultados 1 por análisis de fatiga....................................................................................30

Figura 73, Resultados 2 por análisis de fatiga....................................................................................30

Figura 74, Resultados de desplazamiento por análisis de impacto....................................................31

3

Figura 75, Resultados de tensiones 1 por análisis de impacto...........................................................31

Figura 76, Resultados de deformación unitaria por análisis de impacto............................................31

Figura 77, Prótesis transfemoral vista lateral......................................................................................32

Figura 78, Prótesis transfemoral vista posterior.................................................................................32

Figura 79, Prótesis transfemoral vista frontal.....................................................................................32

Lista de tablas

Tabla 1, Propiedades volumétricas del socket transfemoral...............................................................15

Tabla 2, Propiedades del material del socket transfemoral................................................................15

Tabla 3, Fuerzas de reacción..............................................................................................................16

Tabla 4, Resultados del estudio por análisis estadístico.....................................................................16

Tabla 5, Propiedades volumétricas del socket transtibial...................................................................17

Tabla 6, Propiedades del material del socket transtibial.....................................................................17

Tabla 7, Fuerzas de reacción..............................................................................................................18

Tabla 8, Resultados del estudio por análisis estadístico.....................................................................18

Tabla 9, Propiedades volumétricas del tubo de aluminio....................................................................19

Tabla 10, Propiedades del material del tubo de aluminio...................................................................19

Tabla 11, Fuerzas de reacción............................................................................................................20

Tabla 12, Resultados del estudio por análisis estático.......................................................................20

Tabla 13, Resultados del estudio por pandeo.....................................................................................21

Tabla 14, Resultados del estudio por fatiga........................................................................................21

Tabla 15, Propiedades volumétricas del tubo galvanizado.................................................................22

Tabla 16, Propiedades del material del tubo galvanizado...................................................................22

Tabla 17, Fuerzas de reacción............................................................................................................23

Tabla 18, Resultados del estudio por análisis estadístico...................................................................23


Tabla 20, Resultados de estudio por pandeo......................................................................................24

Tabla 21, Propiedades volumétricas de la rótula ensamblada............................................................24

Tabla 22, Propiedades del material de la rótula ensamblada.............................................................24

Tabla 23, Fuerza de reacción..............................................................................................................25


Tabla 25, Resultados del estudio por fatiga a la rótula ensamblada...................................................26

Tabla 26, Propiedades volumétricas del pie dinámico........................................................................27

Tabla 27, Propiedades del material del pie dinámico..........................................................................28

Tabla 28, Fuerzas de reacción...........................................................................................................28

Tabla 29, Resultados del estudio por análisis estadístico...................................................................28

Tabla 30, Resultados del estudio por análisis de pandeo...................................................................29

Tabla 31, Resultados del estudio por análisis de fatiga......................................................................30

4

Tabla 32, Resultados por análisis de impacto.....................................................................................30

Índice

Lista de figuras......................................................................................................................................1

Lista de tablas........................................................................................................................................3

1. Introducción..................................................................................................................................5

2. Objetivos.......................................................................................................................................5

2.1 Objetivo General......................................................................................................................5

2.2 Objetivos Específicos...............................................................................................................5

3. Revisión Literaria..........................................................................................................................5

4. Levantamiento de evidencias.......................................................................................................8

4.1 Elaboración de piezas..............................................................................................................8

4.1.1 Socket transfemoral.........................................................................................................8

4.1.2 Socket transtibial.............................................................................................................8

4.1.3 Pie dinámico....................................................................................................................9

4.1.4 Tubo de aluminio acoplado a al socket transfemoral....................................................10

4.1.5 Tubo galvanizado acoplado al pie dinámico..................................................................10

4.1.6 Tubo galvanizado acoplado al socket transtibial...........................................................10

4.1.7 Rótula............................................................................................................................11

5. Solidworks..................................................................................................................................11

5.1 Elaboración de piezas............................................................................................................11

5.2 Elaboración de los planos de la pieza....................................................................................13

5.3 Elaboración del ensamble......................................................................................................14

6. Memoria de cálculo – Solidworks...............................................................................................15

6.1 Socket transfemoral...............................................................................................................15

6.1.1 Análisis estático.............................................................................................................16

6.2 Socket transtibial....................................................................................................................17


6.3 Tubo de aluminio acoplado al socket transfemoral................................................................19


6.3.2 Análisis por pandeo.......................................................................................................21

6.3.3 Análisis por fatiga..........................................................................................................21

6.4 Tubo galvanizado acoplado al pie dinámico..........................................................................22



6.5 Rotula ensamblada................................................................................................................24



6.6 Pie dinámico...........................................................................................................................27




6.6.4 Análisis de impacto........................................................................................................30

7. Justificación y Análisis................................................................................................................31

5

8. Bibliografía..................................................................................................................................33

1. Introducción

En el diseño y adaptación de una prótesis se requiere conocer las propiedades y el comportamiento mecánico, tanto de sus partes, como de la estructura final integrada en respuesta a las cargas mecánicas que esta soportará bajo condiciones de uso normal, [1] .

El uso de herramientas computacionales para el diseño y validación de prótesis toma mayor auge en países como Colombia, en los cuales la población amputada va en aumento por causa de las minas antipersonales. Las prótesis comerciales disponibles en el mercado resultan costosas para la población, que en la mayoría de los casos es de escasos recursos. Nuevos prototipos para prótesis nacionales y también el desarrollo de nuevos prototipos hacen uso del análisis de elementos finitos una herramienta que permite validar la funcionalidad de la prótesis y el comportamiento de sus materiales, y se determina así el máximo rango de desplazamiento y deformación, [1].

El presente proyecto describe el desarrollo de un modelo mecánico de una prótesis transfemoral, que además cuenta con una adaptación para convertirse en una prótesis transtibial, para un individuo genérico cuyo peso corporal es de 100 kg.

Inicialmente, se diseñaron e implementaron en Solidworks modelos para cada una de las piezas estudiando su respuesta mecánica: campos de esfuerzo y deformación unitaria bajo cargas axiales equivalentes al peso corporal soportado en condiciones normales por una sola pierna (50 kg). Posteriormente, se realizó el ensamblaje y de nuevo se revisó el desempeño de la prótesis en respuesta a la misma carga.

2. Objetivos

2.1 Objetivo General

Construir una prótesis transfemoral que cuente con una adaptación a transtibial.2.2 Objetivos Específicos

Elaborar una prótesis que sea económica y autoajustable Elaborar las piezas y los planos de cada una de estas en Solidworks.

Elaborar el ensamble de la prótesis y su respectivo plano.

Desarrollar las simulaciones cinemática, dinámica, estática, fatiga, pandeo e impacto en Solidworks.

3. Revisión Literaria

El análisis del movimiento humano desde la perspectiva de la biomecánica, parte de una concepción mecanicista que considera el cuerpo humano como un sistema formado por una serie de segmentos sobre los cuales actúan fuerzas externas e internas. Este sistema puede analizarse mediante dos tipos básicos de enfoques: el primer planteamiento, se basa fundamentalmente en el análisis cinemático del movimiento humano. El segundo enfoque, profundiza en las capacidades elásticas y deformadoras de los materiales biológicos que componen el cuerpo, [2].

En el proceso de locomoción bípeda el cuerpo se mueve de forma erguida hacia adelante, siendo su peso soportado alternativamente por ambas piernas. Mientras el cuerpo se desplaza sobre la extremidad soporte, la otra pierna se balancea como preparación para el siguiente apoyo. Siempre un pie se encuentra sobre el piso, y en el periodo de transferencia del peso del cuerpo de la pierna de soporte a la otra, existe un breve lapso de tiempo en el cual ambos pies descansan simultáneamente sobre el suelo. Al aumentar la velocidad de la marcha, los periodos bipodales o de doble soporte se tornan más cortos, hasta que el sujeto eventualmente comienza a correr, siendo así reemplazados por lapsos breves de tiempo en los que ambos pies se encuentran en el aire. El plano sagital se identifica con el plano de progresión de movimiento; los movimientos más importantes de las articulaciones que permiten la caminata ocurren en este plano, aunque se requieren movimientos adicionales en el plano frontal para lograr un adecuado balance y en el plano transversal para mejorar la eficiencia energética de la caminata, [3].

6

Figura 1, Ciclo de marcha humana. [4]

Durante un ciclo de marcha completo cada pierna pasa por una fase de apoyo, durante la cual el pie se encuentra en contacto con el suelo y por una fase de oscilación, en la cual el pie se halla en el aire mientras se desplaza hacia adelante como preparación para el siguiente apoyo, como se muestra en la fig. 1. La fase de apoyo (stance phase) comienza con el contacto inicial y finaliza con el despegue del antepié. Se destacan cinco momentos a saber: contacto inicial, inicial de apoyo o de respuesta de carga, media del apoyo, final del apoyo y previa a la oscilación. La fase de oscilación (swing phase) transcurre desde el instante de despegue del antepié hasta el contacto con el suelo y la constituyen tres momentos: inicial de oscilación, media de la oscilación y final de la oscilación, [5].

Aterrizando en el objetivo general de este proyecto, hablaremos un poco sobre las prótesis, por definición es una extensión artificial que reemplaza o provee una parte del cuerpo que falta por diversas razones. Una prótesis debe reemplazar un miembro del cuerpo dando casi la misma función que un miembro natural sea una pierna o un brazo, [6].

En caso de amputación y su origen: trauma, enfermedad vascular periférica, infección, entre otras; así como del nivel de la misma: desarticulación de rodilla, transtibial, desarticulación de tobillo, [7]; la prótesis cumple las mismas funciones que la parte faltante, como ocurre con las piernas artificiales o las prótesis dentales.

Como regla, cualquier longitud de fémur restante hace mucho más fácil el acondicionamiento de una prótesis que ninguna. Incluso la amputación abajo del trocánter es preferible a la desarticulación de la cadera ya que aún con 3 - 5 cm. restantes de hueso femoral se puede ajustar una prótesis al paciente, [8].

Amputar una pierna es un proceso complicado que involucra suturar nervios, venas y músculos para crear un muñón sano y que sea aún funcional. Una vez decidida la altura de amputación se crea un corte especial que deja un par de aletas llamadas “boca de pescado” (fig. 2), estas aletas sirven para suturarlas por encima del fémur cortado y crear un muñón que evite la presión de la prótesis directamente en el hueso, [8].

Figura 2, Corte para amputación transfemoral. [8]

7

Para este tipo de amputación se necesita una prótesis transfemoral (fig. 3). Actualmente existen diferentes materiales y tecnologías que permiten una variedad de elecciones para todo tipo de pacientes, desde el más sedentario hasta pacientes de alto rendimiento. Las prótesis están compuestas por cinco elementos principales:

Figura 3, Prótesis transfemoral. [8]

Por otro lado, cuando la amputación se ha realizado por debajo de la rodilla y se hace uso de prótesis, esta última se conoce como transtibial. Los componentes básicos de las prótesis por debajo de la rodilla son el pie y el tobillo, la pierna, el encaje y el sistema de suspensión (fig. 4), [9].

Figura 4, Prótesis Transtibial.[10]

Los amputados de miembro inferior han identificado la comodidad y movilidad como las 2 características más importante de una prótesis. Estos dos elementos son influenciados por su funcionamiento biomecánico y por la transferencia de fuerzas que se registran en la interfaz muñón, [11], [12], [13].

Consideraciones para el diseño de una prótesis de pierna por encima de la rodilla

Para imitar la fase de oscilación de las extremidades inferiores y mantener el equilibrio del cuerpo, la prótesis debe ser estable durante la fase de apoyo y el movimiento de flexión y extensión controlable durante la fase de oscilación, [14]. La prótesis debe simular la marcha humana normal, tener la capacidad de controlar la elevación del talón en la fase inicial, de giro libre en la etapa media de la fase de oscilación, y oscilación hacia adelante durante la etapa final de la fase de oscilación. El control del par en la articulación de la rodilla es el factor clave que afecta el desempeño de la prótesis, [14]. Durante la fase de soporte, el par de la articulación de la rodilla debe ser suficientemente grande para asegurar la estabilidad de las prótesis. Durante la fase de oscilación, la prótesis debe extenderse y por otra parte, tener amortiguación para evitar sobrepasos en el instante del impacto. El problema más difícil del control de prótesis es asegurar la simetría de la marcha entre la pierna con prótesis y la pierna sana, [15]. Los dispositivos actuales para el control de par en la articulación de la rodilla, el más simple es el que tiene un coeficiente de fricción constante. Sin embargo, el valor del par es variable en un ciclo de la marcha. El análisis biomecánico de la marcha muestra que el par de la rodilla humana, cambia con la velocidad de la marcha y las condiciones (inclinación) del camino,[2].

8

El par ideal para la rodilla ideal debe cumplir con los siguientes aspectos,[16]:

1. Debe ser una función periódica para un ciclo de marcha.2. Debe ajustar automáticamente el modo de función para seguir el cambio del par en distintas

velocidades de marcha o estado (marcha estática o dinámica).

4. Levantamiento de evidencias

4.1 Elaboración de piezas

Las piezas que tuvieron un proceso de fabricación fueron:

4.1.1 Socket transfemoral

Para la realización del molde, se usó como referencia el muslo de uno de los compañeros del grupo, primeramente se hizo una mezcla con yeso, para luego untarlo sobre su muslo, luego se esperó a que estuviera complemente seco para poder retirarlo, al final se obtuvo el molde de la fig. 5.

Figura 5, Molde para socket transfemoral.

Con el molde ya terminado, se procedió a hacerle la fibra de vidrio, se esperó a que secara completamente, se le añadió esponja en su interior para hacerla más cómoda, la cual se cubrió con una tela, luego se pintó con laca, se forro la parte exterior con cuero y por último se añadió correas ajustables, de esta manera se obtuvo el socket transfemoral, como se muestra en la fig. 6 y fig. 7.

4.1.2 Socket transtibial

Para la realización del molde, se usó como referencia una botella plástica, como se muestra en la fig. 8.

Figura 7, Socket en fibra de vidrio. Figura 6, Socket transfemoral terminado.

9

Figura 8, Molde para socket transtibial.

Con el molde ya terminado, se procedió a hacerle la fibra de vidrio, se esperó a que secara completamente, luego se le añadió resina con la cual se fijó el tubo galvanizado para la adaptación transtibial, se forro la parte exterior con cuero y en la parte interior se le añadió esponja para mayor comodidad, la cual se cubrió con una tela y de esta manera se obtuvo el socket transtibial, como se muestra en la fig. 9.

Figura 9, Socket transtibial terminado.

4.1.3 Pie dinámico

Se cortó una placa en 4 partes, luego se moldearon de acuerdo al diseño escogido por nuestro equipo de trabajo y se obtuvo el pie dinámico, como se muestra en la fig. 10.

Figura 10, Pie dinámico.

10

4.1.4 Tubo de aluminio acoplado a al socket transfemoral

Un tubo de aluminio, se le realizo una serie de perforaciones, las cuales permiten ajustar el tamaño de la prótesis, Fig. 11.

Figura 11, Tubo de aluminio acoplado al socket transfemoral.

4.1.5 Tubo galvanizado acoplado al pie dinámico

Un tubo de tanto * tanto, se le realizo una serie de perforaciones, las cuales permiten fijar el pie dinámico. Fig. 12.

Figura 12, Tubo galvanizado acoplado al pie dinámico.

4.1.6 Tubo galvanizado acoplado al socket transtibial

Un tubo de tanto * tanto, se le realizo una serie de perforaciones, las cuales permiten adaptar la prótesis de transfemoral a transtibial. Fig. 13.

Figura 13, Tubo galvanizado acoplado al socket transtibial.

11

4.1.7 Rótula

Esta pieza se logró conseguir en el boliche, para restringir su movimiento giratorio se usó la ayuda de unas guías y un perno.

Figura 14, Rótula.

5. Solidworks

5.1 Elaboración de piezas

Para la elaboración de piezas, se utilizaron los pasos descritos anteriormente en el levantamiento de evidencias y SolidWorks que es el software usado para el diseño del CAD de la prótesis.

A continuación, se mostraran las piezas diseñadas en SolidWorks, cabe resaltar que algunas de estas fueron halladas en Toolbox por lo que son normalizadas y no es necesario rediseñarlas

nuevamente.Figura 15, Pie dinámico.

Figura 17, Tubo galvanizado acoplado al pie dinámico.Figura 16, Rotula.

12

Figura 23, Tubo galvanizado acoplado al socket transtibial.

Con estas piezas terminadas y debidamente acotadas, se procedió a realizar los planos y ensambles correspondientes para la elaboración final del CAD de la prótesis.

Nota: Anexo están las piezas realizadas (Ver Carpeta “Piezas de la prótesis”).

Figura 19, Perno. Figura 20, Guía para restricción del movimiento de la rótula.

Figura 21, Socket

transfemoral.

Figura 22, Socket Transtibial.

13

5.2 Elaboración de los planos de la pieza

Seguidamente de la elaboración de las piezas, se continuó con la elaboración de los planos de cada una, realizando cada una las vistas principales e importantes de la pieza, mostrando en dichos planos medidas.

t

Figura 24, Plano de la rótula. Figura 25, Plano del pie dinámico.

Figura 26, Plano del socket transfemoral. Figura 27, Plano del tubo galvanizado acoplado al pie dinámico.

Figura 29, Plano del tubo de aluminio acoplado al socket

transfemoral.

Figura 28, Plano del tubo galvanizado acoplado al socket transtibial.

14

Nota: Anexo están los planos de cada una de las piezas desarrolladas (Ver Carpeta “Planos de las piezas - prótesis”).

5.3 Elaboración del ensamble

Se procedió a realizar el ensamble total de la prótesis con cada una de las piezas, como se muestra en la fig. 33 y fig. 34.

Nota: Anexo están el ensamble de la prótesis (Ver Carpeta “Piezas de la prótesis”).

Figura 31, Plano del socket transtibial. Figura 30, Plano de la guía para restringir el movimiento de la rótula.

Figura 32, Ensamble de prótesis Transfemoral. Figura 33, Ensamble de prótesis transtibial.

Figura 35, Vista explosionada prótesis transfemoral. Figura 34, Vista explosionada prótesis transtibial.

15

6. Memoria de cálculo – Solidworks

Una vez realizado el ensamblaje se hace el enmallado de la prótesis para determinar la deformación y el desplazamiento de esta una vez es sometida a carga. Como se mencionó al iniciar el documento, la carga considerada para este análisis es de 500 N de fuerza, toda vez que el individuo pesa 100 kg y el peso debe estar distribuido en cada una de las piernas.

Nota: Anexo están los estudios y simulaciones de cada una de las piezas desarrolladas (Ver Carpeta “Estudios y simulaciones - prótesis”).

6.1 Socket transfemoral

Este es el único componente que se diseña especialmente para cada paciente, puesto que las dimensiones del modelo conservaron las características del paciente tales como antropometría, nivel de amputación y estructura del muñón,[16], [17], pero se modificó para que sea autoajustable.

Nombre de documento y referencia Propiedades volumétricasVaciado2

Masa:0.258659 kgVolumen:0.000253588 m^3

Densidad:1020 kg/m^3Peso:2.53486 N

Tabla 1, Propiedades volumétricas del socket transfemoral.

Referencia de modelo PropiedadesNombre: Fibra de Vidrio

Tipo de modelo: Isotrópico elástico lineal

Criterio de error predeterminado:

Desconocido

Límite de tracción:

3e+007 N/m^2

Módulo elástico: 2e+009 N/m^2Coeficiente de

Poisson:0.394

Densidad: 1020 kg/m^3Módulo cortante: 3.189e+008

N/m^2Tabla 2, Propiedades del material del socket transfemoral.

Figura 36, Mallado del socket transfemoral.

16

6.1.1 Análisis estático.

Conjunto de selecciones

Unidades Sum X Sum Y Sum Z Resultante

Todo el modelo N 0.39667 -0.165932

2.84519e-005

0.429977

Tabla 3, Fuerzas de reacción.

Figura 37, Aplicaciones de cargas y sujeciones.

Nombre Tipo Mín. Máx.

Tensiones1 VON: Tensión de von Mises

1.34812 N/m^2Nodo: 2709

29442.7 N/m^2Nodo: 4727

Desplazamientos1 URES: Desplazamientos

resultantes

0 mmNodo: 955

0.0187867 mm

Nodo: 1943Deformaciones unitarias1

ESTRN: Deformación unitaria

equivalente

9.84199e-010Elemento: 6736

9.39681e-006Elemento: 5554

Tabla 4, Resultados del estudio por análisis estadístico.

Figura 39, Resultados tensiones 1 por análisis

estadístico.

Figura 38, Resultados desplazamiento 1 por

análisis estadístico.

17

Figura 40, Resultados deformación unitaria 1 por análisis estadístico.

6.2 Socket transtibial

Nombre de documento y referencia Propiedades volumétricasVaciado2

Masa:0.162962 kgVolumen:7.88015e-005 m^3


Tabla 5, Propiedades volumétricas del socket transtibial.

Referencia de modelo Propiedades

Nombre: Fibra de vidrioTipo de modelo: Isotrópico elástico

linealCriterio de error

predeterminado:Tensión de von Mises máx.

Límite elástico: 7.2e+010 N/m^2Límite de

tracción:3e+007 N/m^2

Módulo elástico: 3.1e+007 N/m^2Coeficiente de Poisson:

0.23

Densidad: 2068 kg/m^3Módulo

cortante:3.189e+008 N/m^2

Tabla 6, Propiedades del material del socket transtibial.

Figura 41, Mallado del socket transtibial.

18



Unidades

Sum X Sum Y Sum Z Resultante

Todo el modelo

N 0.73727

-0.00050899

4

-324.016

324.017


Figura 42, Aplicación de cargas y sujeciones.



8.54032 N/m^2

Nodo: 10684

3.20708e+006 N/m^2Nodo: 5787


resultantes

0 mmNodo: 679

4.28009 mmNodo: 9716

Deformaciones unitarias1


equivalente

2.13175e-007

Elemento: 2890

0.0676115Elemento: 6137


Figura 43, Resultado tensiones 1 por análisis

estadístico.

Figura 44, Resultado desplazamiento por análisis

estadístico.

19

Figura 45, Resultado deformación unitaria por análisis estadístico.

6.3 Tubo de aluminio acoplado al socket transfemoral

Nombre de documento y referencia Propiedades volumétricasCortar-Extruir2



Tabla 9, Propiedades volumétricas del tubo de aluminio.

Propiedades del material



Tensión de von Mises máx.

Límite elástico: 4.15e+008 N/m^2

Límite de tracción: 4.7e+008 N/m^2

Densidad: 2800 kg/m^3

Módulo elástico: 7.24e+010 N/m^2

Coeficiente de Poisson: 0.33

Coeficiente de dilatación térmica:

2.3e-005 /Kelvin

Tabla 10, Propiedades del material del tubo de aluminio.

20

Figura 46, Mallado del tubo de aluminio.


Conjunto de

elecciones

Unidades

Sum X

Sum Y Sum Z

Resultante

Todo el modelo

N -0.002085

03

-0.0008237

36

-999.998

999.998


Figura 47, Aplicación de la carga y las sujeciones.



230268 N/m^2

1.04113e+008 N/m^2

Nodo: 36186

Nodo: 229

Desplazamientos1

URES: Desplazamientos

resultantes

0 mm 0.0999217 mm

Nodo: 87 Nodo: 3939


ESTRN: Deformación

unitaria equivalente

1.19E-06 0.00101276

Elemento: 19605

Elemento: 19168

Factor de Automático 3.98605 1802.25

21

seguridad1 Nodo: 229

Nodo: 36186

Tabla 12, Resultados del estudio por análisis estático.

6.3.2Análisis por pandeo

Nombre

Tipo Mín. Máx.

Amplitud1

AMPRES: Amplitud resultante (Factor de carga =

8.60311)

0 ; Nodo: 85

0.0156085; Nodo: 1700

Tabla 13, Resultados del estudio por pandeo.

Figura 50, Resultados de amplitud por pandeo.

6.3.3 Análisis por fatiga


Resultados1

Daño acumulado

0.0025 ; Nodo: 1

0.0025; Nodo: 1

Resultados2

Vida total 4e+007 ciclos 4e+007 ciclos

Nodo: 1 Nodo: 1

Tabla 14, Resultados del estudio por fatiga.

Figura 48, Resultado tensiones 1 por análisis estático.Figura 49, Resultado factor de seguridad por análisis estático.

22

.

Figura 53, Resultados 2 por fatiga.

6.4 Tubo galvanizado acoplado al pie dinámico




Tabla 15, Propiedades volumétricas del tubo galvanizado.

Propiedades del material




Límite elástico: 2.03943e+008 N/m^2

Límite de tracción: 3.56901e+008 N/m^2

Densidad: 7870 kg/m^3

Módulo elástico: 2e+011 N/m^2

Coeficiente de Poisson: 0.29Tabla 16, Propiedades del material del tubo galvanizado.

Figura 51, Curva SN.

Figura 52, Resultados 1 por fatiga.

23

Figura 54, Mallado.




Todo el modelo

N -0.000636727

0.000444114 -999.999

999.999


Figura 55, Aplicación de cargas y sujeciones.



105952 N/m^2

Nodo: 60365

9.18616e+007 N/m^2

Nodo: 60524Desplazamientos1 URES:

Desplazamientos resultantes

0 mmNodo: 89

0.0402116 mmNodo: 7164



equivalente

3.63137e-007

Elemento: 16091

0.000325078Elemento: 19397

Factor de seguridad1

Automático 2.22011Nodo: 60524

1924.87Nodo: 60365



24

Figura 56, Factor de seguridad por análisis estático.

6.4.2 Análisis por pandeo

Simulación de pandeoNombre Tipo Mín. Máx.Amplitud

1AMPRES: Amplitud resultante

(Factor de carga = 142.559)0 0.005782

17

Nodo: 57

Nodo: 8768

Tabla 20, Resultados de estudio por pandeo.

6.5 Rotula ensamblada

Nombre de documento y referencia Propiedades volumétricasCortar-Revolución1 Masa:0.33589 kg

Volumen:4.19862e-005 m^3Densidad:8000 kg/m^3

Peso:3.29172 N

Cortar-Revolución4Masa:0.179553 kg

Volumen:2.24442e-005 m^3Densidad:7999.97 kg/m^3

Peso:1.75962 N

Redondeo2Masa:0.190019 kg


Peso:1.86219 N

Tabla 21, Propiedades volumétricas de la rótula ensamblada.

Propiedades del materialNombre: AISI 321 Acero inoxidable recocido

(SS)Tipo de modelo: Isotrópico elástico linealCriterio de error Tensión de von Mises máx.

25

predeterminado:Límite elástico: 2.34422e+008 N/m^2

Límite de tracción: 6.2e+008 N/m^2Módulo elástico: 1.93e+011 N/m^2

Coeficiente de Poisson: 0.27Densidad: 8000 kg/m^3


1.7e-005 /Kelvin

Tabla 22, Propiedades del material de la rótula ensamblada.

Figura 57, Mallado.

6.5.1 Análisis estático

Conjunto de

selecciones

Unidades

Sum X Sum Y

Sum Z

Resultante

Todo el modelo

N 0.0419788

-737.227

-675.552

999.938

Tabla 23, Fuerza de reacción.



2.81216 N/m^2

1.35003e+008 N/m^2

Nodo: 66808

Nodo: 66895

Desplazamientos1

URES: Desplazamientos

resultantes

0 mm 0.112547 mm

Nodo: 65138

Nodo: 3685



equivalente

1.31E-11 0.0004631

Elemento: 43442

Elemento: 41716


Automático 1.73641 8.34E+07

Nodo: 66895

Nodo: 66808


26

.


Análisis por fatigaNombre Tipo Mín. Máx.Resultados1

Daño acumulado

10 120.122

Nodo: 1 Nodo: 66895

Resultados2

Vida total 83249 ciclos

1e+006 ciclos

Nodo: 66895

Nodo: 1

Tabla 25, Resultados del estudio por fatiga a la rótula ensamblada.

Figura 58, Resultado de tensiones 1 por análisis estático. Figura 59, Resultados de desplazamiento 1 por análisis estático

Figura 60, Resultados de deformación unitaria por análisis

estático.Figura 61, Resultados de factor de seguridad por análisis estático.

27

Figura 64, Resultado 2 por análisis de fatiga.

6.6 Pie dinámico




Cortar-Extruir1Masa:0.0867147 kg


Peso:0.849804 N

Cortar-Extruir1Masa:0.0945362 kg


Peso:0.926455 N

Tabla 26, Propiedades volumétricas del pie dinámico.

Referencia de modelo Propiedades

Figura 62 Curva SN.

Figura 63, Resultado 1 por análisis de fatiga.

28

Nombre: 7075-T6 (SN)Tipo de modelo: Isotrópico

elástico linealCriterio de error

predeterminado:Tensión de von Mises máx.

Límite elástico: 5.05e+008 N/m^2Límite de

tracción:5.7e+008 N/m^2

Densidad: 2810 kg/m^3Módulo elástico: 7.2e+010 N/m^2Coeficiente de Poisson:

0.33


2.36e-005 /Kelvin

Tabla 27, Propiedades del material del pie dinámico.

Figura 65, Mallado.

6.6.1 Análisis estático



Todo el modelo

N 0.0566623

1000.21 -0.0114527

1000.21


Nombre Tipo Mín. Máx.Tensiones1 VON: Tensión de von

Mises45.6591

N/m^2Nodo:

24736

3.76114e+008 N/m^2Nodo: 13271


resultantes

0 mmNodo: 4

8.11009 mmNodo: 14


ESTRN: Deformación unitaria equivalente

1.03441e-009Elemento: 166

0.00347956Elemento: 869



1.34268Nodo:

13271

1.10602e+007Nodo: 24736


29

6.6.2 Análisis por pandeo

Nombre Tipo Mín. Máx.Amplitud

1AMPRES: Amplitud resultante (Factor de

carga = 4.6583)0

Nodo: 3

0.0191806

Nodo: 7

Tabla 30, Resultados del estudio por análisis de pandeo.

Figura 66, Resultados de tensión 1 por análisis estadístico. Figura 67, Resultados de desplazamiento por análisis estadístico.

Figura 68, Resultados de deformación unitaria por análisis estadístico. Figura 69, Resultados de factor de seguridad por

análisis estadístico.

30

Figura 70, Resultados de amplitud 1 por análisis de pandeo.


Nombre Tipo Mín. Máx.Resultados

1Daño acumulado 0.0025

Nodo: 114.2857

Nodo: 3214Resultados

2Vida total 7000 ciclos

Nodo: 3214

4e+007 ciclosNodo: 1

Tabla 31, Resultados del estudio por análisis de fatiga.

Figura 73, Resultados 2 por análisis de fatiga.

6.6.4 Análisis de impacto

Nombre Tipo Mín. Máx.Tensiones1 VON: Tensión de

von Mises1.68489e+006

N/m^2Nodo: 54747

5.109e+008 N/m^2Nodo: 25533


resultantes

1.64962 mmNodo: 8634

4.3046 mmNodo: 29225



equivalente

2.20029e-005Elemento:

28798

0.00436942Elemento: 1377

Tabla 32, Resultados por análisis de impacto.

Figura 71, Curva SN.Figura 72, Resultados 1 por análisis de fatiga.

31

Figura 76, Resultados de deformación unitaria por análisis de impacto.

7. Justificación y Análisis

Pensando en el bienestar y la comodidad del paciente, se implementó un acabado en el interior del socket transfemoral y transtibial que cuenta con una base esponjosa y de alta calidad que garantiza el total agrado del paciente.

La prótesis en su versión transfemoral cuenta con un sistema de guías, la cual limita el movimiento de la rótula para obtener la inclinación en su rodilla más similar a la de una persona cuando comienza a caminar.

Figura 74, Resultados de tensiones 1 por análisis

de impacto.

Figura 75, Resultados de desplazamiento por

análisis de impacto.

32

Figura 77, Prótesis transfemoral vista

posterior.

Figura 78, Prótesis transfemoral vista lateral.

Figura 79, Prótesis transfemoral vista frontal.

33

8. Bibliografía

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informe de la protesis

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