Разработка методики расчета параметров ортеза из полимера с памятью формы

Объектом рассмотрения является новая конструкция ортеза пальца руки, для изготовления которого использованы трубчатые заготовки из сшитого полиэтилена (СПЭ). Изделия из СПЭ проявляют гиперупругие и вязкоупругие свойства, в том числе эффект памяти формы (ЭПФ), однако сфера применения термоусаживаемых трубок (ТУТ) в основном ограничена соединительными конструкциями. Проведено исследование применения ТУТ в качестве ортеза, фиксирующего положение повреждѐнного сустава или конечности человека. Рассматривается полая термоусаживаемая трубка, которая осаживается на бинтовую повязку, намотанную на палец. К преимуществам нового ортеза следует отнести его нечувствительность к нецилиндричности реального объекта изучения (пальца): в полученных формулах фигурируют осредненные параметры, автоматически учитывающие вариации геометрии и податливости пальца по длине. Имеется возможность, по мере рассасывания отека мягких тканей, промежуточного осаживания первичного фиксатора из ТУТ путём его дополнительного нагрева-охлаждения. Конструкция отличается легкостью и минимальной габаритностью. Показано некорректное описание термомеханического поведения трубки с помощью совмещенной вязкоупругой модели Prony и гиперупругой модели Mooney – Rivlin в диапазоне деформаций, превышающем значение 70 %. Выполнено уточнение ранее описанной гипервязкоупругой физической модели при помощи соотношений Ogden. Получены критерии выбора геометрических параметров заготовок ортеза, в том числе формула для оценки давления на палец пациента, скорректированная с учетом численных расчетов в ANSYS. Разработана и реализована экспериментальная методика определения свойств низкомодульных материалов на основе винтовой ленточной намотки. Полученные свойства живых мягких тканей пальца и многослойного марлевого бинта имплементированы в ANSYS в виде мультиэластичной модели. Построена пространственная конечно-элементная модель системы «палец – бинт – ортез» для точной оценки напряженно-деформированного состояния системы. Для оценки жесткости проводились дополнительные численные эксперименты, в которых исходной конечно-элементной сеткой служила деформированная модель после усадки. На основе полученных значений давления и жесткостей построен общий критерий оценки конфигурации ортеза.