Determinación del modelo constitutivo idóneo para realizar simulaciones numéricas de la piel en contacto con polipropileno

Abstract

RESUMEN: Este estudio es la continuación de una serie de investigaciones que se han adelantado, donde de manera separada se ha trabajado en la rugosidad del polipropileno y en la distribución de esfuerzos que se generan entre el calzado de un socket o encaje (parte de una prótesis, en este caso para amputados transfemorales) sobre el muñón del paciente, y por otro lado la determinación de un modelo ideal para simular la piel como material hiperelástico. Se han conocido los puntos críticos que se generan en amputados transfemorales al calzar la prótesis, y como consecuencia de estos, el paciente genera varios problemas en el muñón, tales como: laceraciones, úlceras de presión, callosidades, abrasiones, ampollas, mala circulación sanguínea, entre otras. Por esto, se centra la atención en un factor preponderante en esta situación de incomodidad, que es la fricción que se genera en la interfaz socket-muñón con la idea de mejorar las condiciones del paciente. Para esto se tuvieron en cuenta variables topográficas que definen la rugosidad de las superficies, determinante en la fricción entre dos cuerpos. La primera parte de la investigación se centra en el polipropileno, material con el que se fabrican los sockets, tomando el conocimiento que se ha obtenido previamente de su topografía, para evaluar posteriormente la interacción de las variables topográficas Ra, HSC y los perfiles geométricos con patrones definidos, en adelante PGPD, de las probetas que se consideraron para el presente estudio. La segunda parte está centrada en la piel humana. Después de un extenso trabajo de búsquedas bibliográficas, se establecen propiedades mecánicas y constantes, que definen los modelos constitutivos, que se han establecido en el estudio de esta, para simular numéricamente el tejido. Además, se realizaron ensayos tribológicos de la piel en contacto con el polipropileno, para obtener coeficientes de fricción entre ambas superficies. Una tercera parte de este trabajo, se concentró en la realización de una simulación computacional, en la que se tuvo en cuenta, la topografía con un perfil real de un probeta de polipropileno, (obtenida en estudios anteriores [8]) y una probeta de piel humana con una superficie plana, considerada como un material hiperelástico, bajo un modelo polinomial general de segundo grado. De esta, se obtuvieron resultados que muestran el comportamiento computacional, el comportamiento energético del sistema evaluado y el comportamiento de la fricción entre las superficies en función del tiempo. Finalmente se realizaron simulaciones computacionales en las que se consideraron tres tipos de PGPD superficiales asignadas al polipropileno (rectangulares, sinusoidales y triangulares), tres valores para el parámetro HSC (5, 10 y 20) y cinco valores para el parámetro Ra (10, 15, 20, 25 y 30), para finalmente analizar la influencia de cada uno de estos componentes dentro del coeficiente de fricción.