Dynamische Analyse prosthetischer Strukturen mit polymorpher Unschärfe
Zusammenfassung der geplanten Projektinhalte unter Berücksichtigung der Ergebnisse aus der ersten Bearbeitungsphase
Das übergreifende Ziel des gesamten Projekts (Phasen I und II) liegt in der Entwicklung von Modellen und strukturerhaltenden Methoden zur Simulation unscharfer biomechanischer Optimalsteuerungsprobleme zur verlässlichen Vorhersage menschlicher Bewegung mit Prothesen und deren Analyse. Um tatsächliche Szenarien betrachten zu können, möchten wir Experimente mit einer bestimmten Fußprothese ausführen, um Materialeigenschaften zu messen und anschließend als unscharfe Materialparameter zu modellieren. Außerdem wird der Gang aufgenommen, um ein unscharfes Modell eines menschlichen Beins zu etablieren. Der Hauptteil des geplanten Forschungsarbeit liegt in der Fortentwicklung der fuzzy Simulationsmethoden für die Vorwärtsdynamik und Optimalsteuerung hin zur Berücksichtigung polymorpher Unschärfe zur Analyse prothetischer Strukturen während ihres Designs und Lebenszyklus. Das beinhaltet insbesondere die Formulierung unscharfer Optimierungsprobleme. Um den Berechnungsaufwand überschaubar zu halten, werden Approximationen der unscharfen Probleme formuliert.
Prothesenmodelle unterschiedlicher Materialkomplexität und mit verschiedenen Formen von Unschärfe werden durch Experimentell und numerische Simulation entwickelt. Insbesondere wird die Fortpflanzung polymorpher Unschärfe von der Mikrostruktur zur Makroebene untersucht. Weiterhin wird der menschliche Gang im Bewegungsanalyselabor am LTD aufgenommen und analysiert, um unscharfe Größen auf Modell- und Parameterebene zu identifizieren. Um den gesamten Gangzyklus zu beinhalten müssen Bodenkontakt, Fersenauftritt und Abheben der Zehen für das komplexe vorgekrümmtes geometrisch exakte Balkenmodell einer Carbon-Feder Fußprothese modelliert werden.
Als seines der wenigen Projekte im SPP 1886, das sich mit dynamischen Vorhängen beschäftigt, werden die anderen Teilprojekte von den entwickelten Methoden profitieren wenn zeitabhängige Parameter oder Änderungen in den Strukturen während des Lebenszyklus betrachtet werden.
Wesentliche Projektziele
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Bestimmung unscharfer Materialparameter für verschiedene Modelle des Prothesenfußes
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polymorphe Unschärfe in der vorwärtsdynamischen Simulation
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polymorphe Unschärfe in der Simulation von Optimlasteuerungsproblemen
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unscharfe Daten aus Aufnahmen des menschlichen Gangs
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Simulation des Gangs mit Prothese als Optimalsteuerungsproblem mit polymorpher Unschärfe
Prof. Leyendecker
Prof. Dr.-Ing. habil. Sigrid Leyendecker
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Lehrstuhl für Technische Dynamik
Eduard S. Scheiterer
M. Sc. Eduard S. Scheiterer
University of Erlangen-Nuremberg
Chair of Applied Dynamics
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Scheiterer, Eduard S., and Sigrid Leyendecker. "Fuzzy forward dynamics of distinct gait phases with a prosthetic foot." Computational Mechanics 70.3 (2022): 501-513.
https://link.springer.com/article/10.1007/s00466-022-02167-w