© Belà, Valli, Valsecchi, Vezzoli
ANALISI FEM
Abbiamo impostato l’analisi FEM nella condizione di stasi dell’amputato, per verificare che il ginocchio non ceda nel momento in cui è caricato con l’intero peso del soggetto.
Per avere un sufficiente margine di sicurezza, abbiamo applicato un carico in direzione verticale di 1300 [N] (ipotizzando un peso dell’amputato di 122 [kg]) sulla superficie della testa del ginocchio, dove è applicato l'invaso. Il vincolo che abbiamo imposto è un incastro sulla pianta del piede artificiale. La protesi è in acciaio, ad eccezione del componente a forma di C che è in alluminio. Definiti carico e vincolo, abbiamo quindi generato la mesh utilizzando i seguenti parametri di default:
Average Element Size: 0.100
Minimum Element Size 0.200
Grading Factor 1.500
Maximum Turn Angle: 60.00°
Analisi dei risultati
Dalla simulazione risulta che lo sforzo massimo di Von Mises, localizzato sull’inserto interposto tra testa e componente a C è di 53.93 [MPa]. Ciò conferma le nostre aspettative: tale componente è infatti soggetto a pressione al fine di bloccare il ginocchio comprimendo la C. Uno sforzo piuttosto basso è stato rilevato sull'albero che ruota solidalmente al guscio della protesi, circa 13 [MPa]. Nel guscio invece gli sforzi sono molto bassi: la sollecitazione massima, causata esclusivamente da fattori di intaglio, si trova in corrispondenza di due raccordi nella parte alta del componente (circa 25 [MPa]). Anche l’analisi delle deformazioni è rassicurante: le deformazioni sono molto contenute, il valore massimo riscontrato è 0.02 [mm]. Focalizzandosi sul componente a C, si nota un incremento della deformazione nella zona di contatto con l'inserto. Non è che un’ulteriore riprova di quanto già verificato tramite gli sforzi: il componente a C si stringe aumentando quindi la pressione sul cuscinetto. Ciò riflette il meccanismo di bloccaggio del ginocchio nella fase di contrazione sotto eccessivo carico.