Development of finite element analysis for customized wrist brace

摘要

本研究旨在利用有限元素法模擬3D列印腕護具之靜態與動態分析，由手持式3D掃描器取得病人手腕與前臂數位模型，並匯入有限元素模型中。本研究選用PLA為護具之材料，其楊氏係數可由拉伸試驗求得 其值約為1 GP。本文之有限元素分析可分為三部分，第一部分為靜態分析，可解出護具在手腕各種動作下之應力分布，分析結果顯示 在各種幾何參數中，厚度對應力影響最大，建議需至少大於2 mm以保證護具之強度。第二部分為動態分析，藉以模擬護具受到直徑4 cm、質量為0 3768 kg的鋼球，以初始速度5 m/s撞擊護具，分析結果顯示，撞擊位置會顯著影響撞擊後護具之塑性變形。最後則以有限元素分析護具與手腕皮膚之間的接觸壓力分佈，在護具設計中，護具與皮膚之間必須有一間隙，若間隙太小會導致穿戴不舒服甚至引發壓瘡，太大之間隙則無法提供足夠之固定性。有限元素分析結果顯示，間隙若小於0 2 mm，某些皮膚受到過高的壓力而增加壓瘡的風險。本研究之結果可提供準則，使3D客製化護具同時具有高強度、舒適性以及固定性。

獎項日期	2019
原文	English
監督員	Chung-De Chen (Supervisor)