Auslegung eines Prothesenfußes aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen

Bei der Berechnung von Bauteilen aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen muß insbesondere das anisotrope Materialverhalten berücksichtigt werden. Darüberhinaus stellen Nichtlinearitäten besondere Anforderungen an eine FE-Anwendung. FE-Programme bieten allerdings für nichtlineare Rechnungen nicht die Möglichkeit, anisotropes Werkstoffverhalten zu berücksichtigen. Hier müssen Alternativlösungen entwickelt werden. Anhand eines komplexen Beispielbauteils – eines energiespeichernden Prothesenfußes mit einer integrierten Feder aus CFK – wird diese Problematik untersucht. Um den Prothesenfuß optimieren zu können, wird in der Arbeit gezeigt, welche Funktionen zu erfüllen sind und welche Aufgaben dabei das integrierte Federsystem und die Krafteinleitung übernehmen. Bei der Erstellung des FE-Modells ist entscheidend, daß sich das Modell möglichst realitätsnah unter Belastung verformt. Eine Optimierung beider Funktionsbauteile ist über die Variation verschiedener einflußnehmender Parameter möglich. Für das Federsystem wird dabei eine Regressionsanalyse durchgeführt, die eine Übertragung der erzielten Ergebnisse auf andere Federsysteme ermöglicht. Um das Krafteinleitungselement zu optimieren, werden konstruktive Maßnahmen ergriffen und bewertet. Durch die Variationen wird eine homogene Krafteinleitung in das Federsystem und dabei eine deutliche Reduktion der Spannungsspitzen realisiert.