Definizione di modelli per l'esecuzione dell'analisi strutturale di un piede protesico in fibra di carbonio

The present work was carried out during the internship performed at the Roadrunnerfoot Engineering s.r.l., Italian company that designs, manufactures and sells aids for the disabled, including orthopedic components. The need in the industry to ensure ever higher performances requires accurate design processes using ever more powerful tools. In light of this, the objective of the work was to define and validate prediction models that allow to perform structural analysis of a carbon fiber prosthetic foot currently on the market, the Walking Foot Media Performance, and to enter in its development process. For this reason all available information about the foot, the properties of its materials and the standard that defines the requirements for commercial approval have been used to define two models: an analytical one, for advancing preliminary hypotheses about the laminate sequence to be applied to composite components of the foot, and a numerical one, for carrying out more extensive evaluations. The results obtained show how models can effectively be considered valid for doing structural evaluations regarding the mechanical properties of strength and stiffness of the foot. Although the present study was conducted considering only the materials and the laminate sequences currently adopted by the foot on the market, the results lead to think that the models could be used to evaluate also the properties of different solutions. This characteristic leads the possibility to attempt to improve the performance of the foot in order to re-establish the optimal conditions of walking of the patient.

Il presente lavoro di tesi è stato eseguito durante il periodo di stage svolto presso la Roadrunnerfoot Engineering s.r.l., azienda italiana che progetta, produce e vende ausili per disabili, in particolare componenti per protesi ortopediche. La necessità del settore di garantire prestazioni sempre più elevate richiede un accurato processo di progettazione e quindi la necessità di poter usufruire di strumenti sempre più potenti, o per lo meno adatti, a tale scopo. Alla luce di ciò, l’obiettivo del lavoro è stato quello di definire e validare modelli per l’analisi strutturale di un piede protesico in fibra di carbonio attualmente in commercio, il Walking Foot Media Performance, e di partecipare così al suo processo di sviluppo. Tutte le informazioni disponibili sul piede, sulle proprietà dei materiali impiegati e sulla norma che ne definisce i requisiti di omologazione sono state a tal proposito utilizzate per definire due modelli: uno analitico, con cui avanzare ipotesi preliminari circa la sequenza di laminazione da applicare ai componenti in materiale composito del piede, ed uno numerico ad elementi finiti, con cui svolgere valutazioni più approfondite. I risultati ottenuti dimostrano come i modelli possano essere effettivamente considerati validi per svolgere considerazioni di tipo strutturale con cui valutare le proprietà meccaniche di resistenza e rigidezza del piede. Nonostante il presente studio sia stato condotto considerando solo i materiali e le sequenze di laminazione adottate per il piede attualmente in commercio, i risultati portano a pensare che i modelli siano utilizzabili per valutare anche le proprietà di soluzioni diverse nel tentativo di individuare quelle che consentano di ristabilire le condizioni ottimali di cammino del paziente.