Αριθμητική Προσομοίωση και μη Γραμμική Ανάλυση Κηδεμόνων Σπονδυλικής Στήλης  

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Ροσσέτος Ιάσωνας                           
Επιβλέπων Καθηγητής: Γαντές Χ., Καθηγητής
Ημερομηνία : Οκτώβριος 2023

Οι κηδεμόνες σπονδυλικής στήλης αποτελούν εξωτερική στήριξη του ανθρώπινου κορμού για την αντιμετώπιση της σκολίωσης κυρίως στις εφηβικές ηλικίες. Οι παραδοσιακοί κηδεμόνες δημιουργούσαν δυσφορία στους ασθενείς καθώς πρόκειται για βαριές και ογκώδεις κατασκευές. Οι σύγχρονες απαιτήσεις και οι νέες τεχνολογίες γεννούν τη δυνατότητα σχεδιασμού και παραγωγής εύχρηστων, ελαφριών και βελτιστοποιημένων κηδεμόνων σπονδυλικής στήλης. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην διερεύνηση του αρχικού σταδίου αυτή της διαδικασίας που αποτελεί η αριθμητική προσομοίωση τυπικών κηδεμόνων σπονδυλικής στήλης προκειμένου να υπολογιστεί η δομική τους συμπεριφορά. Αξιοποιώντας αρχείο CAD το οποίο δημιουργήθηκε από σάρωση υφιστάμενου κηδεμόνα σπονδυλικής στήλης δημιουργήθηκε αριθμητικό προσομοίωμα στο λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Abaqus CAE. Βασικό στάδιο για την δημιουργία αριθμητικού προσομοιώματος είναι η παραδοχή λειτουργίας κηδεμόνα με ιμάντες πρόσδεσης στην πίσω όψη και ύπαρξης υποστηρικτικών μαξιλαριών εσωτερικά του κηδεμόνα, τα οποία συμβάλουν στην ανάπτυξη διορθωτικών δυνάμεων στον σκελετό του ασθενούς με στόχο τον περιορισμό της ανάπτυξης της κλίσης της σπονδυλικής στήλης. Σύμφωνα με την παραπάνω παραδοχή δημιουργούνται διαφορετικά σενάρια φόρτισης τα οποία αξιοποιούν ως δεδομένα αρκετές παραμέτρους όπως τα μηχανικά χαρακτηριστικά διαφορετικών υλικών, διαφορετικά πάχη διατομής κηδεμόνα, συνοριακές συνθήκες, επιβαλλόμενα φορτία και μετακινήσεις καθώς και τις παραμέτρους για την προσομοίωση της αλληλεπίδρασης κηδεμόνα και ανθρωπίνου σώματος. Η χρήση μη γραμμικών αναλύσεων κρίθηκε αναγκαία εξαιτίας της γεωμετρίας και της αλληλεπίδρασης σώματος-κηδεμόνα προκειμένου να μπορέσουν να παραχθούν τα κατάλληλα και ακριβή αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα τα οποία εξάγονται αφορούν τις αναπτυσσόμενες τάσεις στην επιφάνεια του κηδεμόνα, τις παραμορφώσεις καθώς και τις πιέσεις στο ανθρώπινο σώμα του ασθενούς, τα οποία μπορούν να αξιοποιηθούν σε μετέπειτα βήματα για την βελτιστοποίηση της τοπολογίας του αριθμητικού προσομοιώματος προκειμένου να μπορέσουν να παραχθούν κηδεμόνες με την λιγότερη  δυνατή μάζα. Οι βασικές αρχές της μηχανικής βρίσκουν εφαρμογή στην προσομοίωση με πεπερασμένα στοιχεία σε αντικείμενα σύνθετης γεωμετρίας όπως οι κηδεμόνες, με τις αναπτυσσόμενες τάσεις και παραμορφώσεις να κινούνται σε λογικά όρια και τιμές οι οποίες συνάδουν με αποτελέσματα πειραματικών και κλινικών δοκιμών σύμφωνα με την βιβλιογραφική ανασκόπηση που πραγματοποιείται στα αρχικά κεφάλαια της εργασίας. Τέλος η υλοποίηση παραμετρικών αναλύσεων στο τέταρτο κεφάλαιο της μεταπτυχιακής εργασίας συμβάλει στην εξαγωγή συμπερασμάτων αναφορικά με τα πάχη διατομής του κηδεμόνα και του μέτρου ελαστικότητας του εκάστοτε υλικού του κηδεμόνα.       

 

Δείτε τη ΜΕ στη βιβλιοθήκη του ΕΜΠ