منصة الرسائل والاطاريح: تصنيع وتحليل قدم الفهد الرياضية للأطراف السفلية المبتورة

الخلاصة

تعد قدم الفهد الرياضي من الاقدام الرياضية الشائعة وذلك لاستخدامها من قبل الرياضيين الشباب، الذين لديهم بتر بالاطراف السفلية. يفتقر مبتورو الاطراف السفلية من الرياضيين هواة الجري في العراق الى هذه الاطراف، يعود السبب في ذلك الى تكلفتها العالية ، وايضا ان لكل رياضي يكون له تصميم خاص به اعتمادا على وزنه وطوله، وكذلك الامر المهم ان هذه الاطراف لها مدى من العمرالتشغيلي للاستخدام المحدد اعتمادا على المسافة التي يجري بها الرياضي، وبالتالي فان جميع هذه الاسباب تشكل عاقا على الكثير من الشباب لممارسة حياتهم الرياضيية، لذلك فان الهدف من هذا البحث هو تصنيع قدم الفهد الرياضي من الياف الكربون المشبع بالايبوكسي باستخدام تقنية متطورة ومتوفرة بسهولة، وباقل تكلفة. الدراسة تضمن ثلاثة اجزاء اساسية: اولا; هو اعداد عينات لاختبارات الخواص الميكانيكة للمادة المركبة لاستخدمها في المحاكاة العددية للقدم. ثانيا; اعداد نموذج عددي لمحاكاة اختبار الكسر للنمط الاول (Mode-I) للمادة المركبة ومقارنه النتائج مع نتائج الاختبار التجريبي للتاكد من دقة وفعالية النموذج العددي المستخدم. ثالثا; تصنيع قدم الفهد الرياضي واجراء الاختبارات المطلوبة للقدم الرياضي بالاعتماد على المحاكاة العددية باستخدام الخواص اعلاه. تم إجراء المحاكاة العددية باستخدام (ACP) ANSYS WORKBENCH 2022 . تم تصنيع عينات الاختبار الميكانيكي ( الشد، الضغط، الانحاء، القص، الكلال) واختبار متانه الكسر للنمط الاول والثاني (Mode-I and Mode-II) من مادة الياف الكربون (160 g/m2) المنسوجة في (0˚/90˚) وبنمط (2X2 Twill) مع المادة الاساس الايبوكسي، تمت عملية التصنيع باستخدام تقنية التصنيع (Seaman Composites Resin Infusion Molding Process) والحصول على قيمة الكسر الحجي للالياف تقريبا (50%) لجميع العينات. تم تصنيع قدم الفهد الرياضي بتقنيه (Seaman Composites Resin Infusion Molding Process). تم استخدم الياف الكاربون بعدد طبقات 75 طبقة مع الايبوكسي. بعد اكتمال عملية التصنيع، ظهرت خشونه في السطح الخارجي للقدم وتم معالجة باستخدام طبقة واحدة من الياف الكاربون بتقنيه (Hand layup and vacuum bagging) لعطاء جمالية للقدم. ويعود السبب في ذلك لوجود طبقة (Pee-ply) على طبقات الكاربون الخارجية. لقد وضحت النتائج ان جميع قيم الخواص الميكانيكة وخواص متانه الكسر كانت ضمن المدى المقبول المادة المركبة ( الياف الكاربون/الايبوكسي)، وهذ يعطي اشارة جيدة لاستخدام المادة في تصنيع القدم الفهد الرياضي. النتائج العددية بينت توافق جيد مع النتائج التجريبية لمتانة الكسر النمط الاول (Mode-I). الموديل الرياضي العددي المستخدم (Virtual Crack Closure Technique) كان فعال في تخمين خواص متانه الكسر للمادة المركبة المستخدمة. النتائج العددية لقدم الفهد الرياضي تمت باختبار وزنين من الرياضيين 60 و 70 كيلوغرام، من خلال تسليط حمل يمثل وزن الرياضي اثناء التوقف ليكون الحمل ( 600 نيوتن و700 نيوتن )، على التوالي واثناء الجري يصبح وزن الرياضي ثلاث اضغاف ليكون الحمل ( 1800 نيوتن و2100 نيوتن)، على التوالي . اظهرت النتائج ان التصميم الذي تم تصنيعه كان اكثر ملائمة للرياضي ذو الوزن 60 كيلوغرام، من خلال الاعتماد على قيم الاجهاد ومقارتنها مع قيم مقاومة الشد القصوى للمادة المركبة وكذلك معايير الفشل، عامل الامان وفشل الكلال. على الرغم من وجود تقارب في بعض قيم نتائج بين الوزنين، ولكن لسلامة المادة المركبة والرياضي اثناء الجري تم التوصية باستخدام هذه القدم ("J" Cheetah foot) للرياضي ذو الوزن 60 كيلوغرام.