Mô hình hóa cơ y sinh của mông và đệm trên xe lăn nhằm cải thiện sự tiện n

g an aN D oc H D DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Đơn vị cơng tác Khoa Cơ khí, Trường TS Bùi Hệ Thống Chủ nhiệm ĐH Sư phạm Kỹ ThuậtĐại học Đà Nẵng Khoa Sư phạm Công nghiệp, Trường ĐH Sư ThS Nguyễn Lê Văn Thành viên phạm Kỹ Thuật- Đại học Đà Nẵng Khoa Cơ khí, Trường ThS Võ Quang Trường Thành viên ĐH Sư phạm Kỹ ThuậtĐại học Đà Nẵng Vai trò g an aN D oc H D Họ tên MỤC LỤC DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI 13 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 15 1.1 Vấn đề khó chịu vị trí ngồi 15 D 1.1.1 Nhận thức không thoải mái vị trí ngồi 15 1.1.2 Hỗ trợ kỹ thuật cho vị trí ngồi 15 H 1.2 Sự phát triển phòng ngừa loét áp lực 16 oc 1.2.1 Bệnh lý loét áp lực 16 D 1.2.2 Các yếu tố 17 aN 1.3 Vai trò đệm ngồi 18 1.4 Mơ hình hóa mơ hình y sinh đệm xe lăn mơng-đùi 19 an 1.4.1 Mơ hình thực nghiệm 19 g 1.4.2 Mơ hình số 19 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN CƠ HỌC GIỮA ĐỆM XE LĂN VÀ MÔNG-ĐÙI 22 2.1 Từ tiêu chuẩn ISO dùng để đánh giá đệm xe lăn đến lựa chọn mô hình mơng-đùi cho mơ số 22 2.2 Mơ hình đệm xe lăn sử dụng mô phỏng: Từ thực tế đến thiết kế trợ giúp máy tính (CAD) 22 2.2.1 Đệm tổ ong TPU 22 2.2.2 Đệm bọt PUR 24 2.3 Mô phần tử hữu hạn tương tác học đệm xe lăn mông-đùi 25 2.3.1 Các mơ hình tương tác 25 2.3.2 Đặc tính vật liệu đệm mông-đùi 26 2.3.2.1 Đệm bọt ‘‘Polyurethane’’ (PUR) 26 2.3.2.2 Mô mông-đùi 26 2.3.2.3 Đệm tổ ong ‘‘Thermal Polyurethane’’ (TPU) 27 2.3.3 Tải trọng áp dụng điều kiện biên 27 D 2.3.4 Chia lưới phần tử hữu hạn 28 2.3.5 Kết mô số phần tử hữu hạn tương tác học 28 H 2.3.5.1 Áp suất phân bố bề mặt mông-đùi 28 oc 2.3.5.2 Phân bố ứng suất cắt ma sát bề mặt mông đùi 29 D 2.3.5.3 Ứng suất bên mông-đùi 30 an aN CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN CƠ - NHIỆT GIỮA ĐỆM XE LĂN VÀ MÔNG-ĐÙI 31 3.1 Bối cảnh phương pháp luận 31 g 3.2 Mô phần tử hữu hạn tương tác nhiệt đệm xe lăn mông-đùi 32 3.2.1 Mô hình tương tác mơ mơng-đùi đệm xe lăn 32 3.4.3 Kết nhiệt độ phân bố bề mặt tương tác 34 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36 Kết luận 36 Kiến nghị hướng phát triển 36 g an aN D oc H D DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1- Vị trí ngồi thoải mái 16 Hình 1.2- Loét áp lực (áp lực) tùy theo mức độ nghiêm trọng, từ cấp đến cấp 17 Hình 1.3– Mơ hình mơng-đùi thể người gỗ (a) Jaworski (b) Hollington 19 Hình 1.4- Mơ hình số đề xuất vào năm 1978 Chow Odell 20 Hình 1.5-Mơ hình số phát triển Amann et al., Grujicic et al 20 Hình 1.6- Mơ hình số phát triển Tang et al 20 Hình 2.1- Lựa chọn mơ hình 3D mơng-đùi thể người 22 Hình 2.2-Lợi ích đệm tổ ong Stimulite® 23 Hình 2.3- Mơ hình đệm phẳng Stimulite® cổ điển dạng tổ ong với nhiều lớp 23 Hình 2.4-Hình học lỗ tổ ong (a); 3D CAD mơ hình nửa đệm tổ ong Stimulite® (b) 24 Hình 2.5-Đệm bọt PUR từ mơ hình thực tế đến mơ hình 3D CAD 24 Hình 2.6-Mơ hình 3D thể người ngồi đệm gắn cố định xe lăn 25 Hình 2.7-Mơ hình tương tác loại đệm tổ ong TPU đệm bọt PUR với mông – đùi 25 Hình 2.8-Điều kiện biên mơ hình mơng-đùi đệm xe lăn 28 Hình 2.9- Mơ hình lưới phần tử hữu hạn mông – đùi/đệm xe lăn 28 Hình 2.10-Áp suất phân bố bề mặt mơng-đùi (kPa) 29 Hình 2.11- Ứng suất cắt ma sát bề mặt tiếp xúc mông-đùi (kPa) 29 Hình 2.12-Ứng suất von Mises mơ mông – đùi sử dụng loại đệm (kPa) 30 Hình 3.1-Bản đồ trường nhiệt giao diện thể người / mô sau 20 phút ngồi 31 Hình 3.2-Mơ hình FEM 3D để đánh giá thoải mái nhiệt ghế ô tô 32 Hình 3.3-Mơ tả tương tác cơ-nhiệt mô mông-đùi loại đệm xe lăn 32 Hình 3.4-Sự phân bố nhiệt độ bề mặt loại đệm sau thời gian 35 phút 34 Hình 3.5-Sự phân bố nhiệt độ bên mơ hình tương tác mơngđùi loại đệm sau thời gian 35 phút 35 Hình 3.6-Đồ thị biến thiên nhiệt độ vùng mông-đùi đệm 35 g an aN D oc H D DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1-Thông số siêu đàn hồi Mooney–Rivlin đàn hồi nhớt mô mông-đùi 26 Bảng 2.2-Thông số siêu đàn hồi đàn hồi nhớt đệm tổ ong TPU 27 Bảng 3.1- Tính chất nhiệt mơng-đùi loại đệm xe lăn nhiệt độ phòng 34 g an aN D oc H D P F Fr Ft S  DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Áp suất Lực tác dụng Phản lực vị trí ngồi Lực tiếp tuyến Diện tích bề mặt oc H D Ứng suất cắt FEM Phương pháp phần tử hữu hạn TPU Nhựa nhiệt dẻo Thermoplasctic Polyurethane PUR Polyurethane CAE Computer Aided Engineering CAD Computer Aided design EPUAP European Pressure Ulcer Advisory Panel U Trạng thái lượng vật liệu biến dạng N bậc đa thức lượng biến dạng  q Q Cv k T t  g an aN D I bất biến dạng đẳng động tensors chủng Cauchy-Green, J khối lượng thay đổi tỷ lệ vật liệu sau trước biến dạng C10, C01, D1 Các thông số phụ thuộc vật liệu siêu đàn hồi G Mô đun cắt u Chuyển vị E Module đàn hồi  Hệ số Poisson Khối lượng riêng Lưu lượng nhiệt Lưu lượng thể tích nguồn nhiệt nhiệt dung riêng hệ số dẫn nhiệt Nhiệt độ thời gian số nhiệt Stefan Thông tin kết nghiên cứu đề tài khoa học công nghệ cấp Đại học Đà Nẵng ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU D oc H D Thông tin chung: - Tên đề tài: Mơ hình hóa y sinh mơng đệm xe lăn nhằm cải thiện tiện nghi cho người khuyết tật - Mã số: B2018-ĐN06-12 - Chủ nhiệm đề tài: TS Bùi Hệ Thống - Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: 8/2018-7/2020 (gia hạn tháng đến 31/01/2021) g an aN Mục tiêu: Mục tiêu nghiên cứu xây dựng mô hình hóa y sinh mơ số phần tử hữu hạn chiều (3D) mông-đùi thể người, tiếp xúc với đệm ngồi xe lăn để đánh giá vai trò đệm việc cải thiện thoải mái góp phần phịng chống lt áp lực người khuyết tật, người sử dụng xe lăn Các yếu tố xác định là: áp lực tương tác, nhiệt độ bề mặt tiếp xúc mông đùi đệm ngồi, ứng suất Von Mise bên mô mông-đùi, ứng suất cắt, để đánh giá vai trò đệm vấn đề phòng chống loét áp lực Tính sáng tạo: Nghiên cứu với chủ đề mơ hình hóa mơ số phần tử hữu hạn chiều (3D) tương tác học mông đùi thể người tiếp xúc với đệm xe lăn nhằm xác định thông số học, ảnh hưởng đến không thoải mái vị trí ngồi đồng thời yếu tơ gây bệnh lý loét áp lực 10 Ngoài ra, dựa mơ hình phần tử hữu hạn FEM để đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ vùng tương tác mông-đùi thể người đệm ghế xe lăn D Kết nghiên cứu: Kết nghiên cứu xác định thông số học nhiệt độ vùng tương tác mông-đùi loại đệm xe lăn: đệm bọt sử dụng vật liệu polyurethane (PUR) đệm tổ ong sử dụng vật liệu Thermoplastic Polyurethane (TPU) Từ đó, tác giả so sánh, đánh giá kết loại đệm Kết cho thấy, việc sử dụng loại đệm có hiệu vấn đề cải thiện không thoải mái góp phần phịng chống lt áp lực khác g an aN D oc H Sản phẩm: - 01 báo tạp chí ESCI/Scopus (Q3); Tên báo: “Identifying Factors That Influence Pressure Ulcers by Numerical Simulation and Experimentation Methods: A Case Study”; International Journal of Online and Biomedical Engineering (iJOE), Vol 16, No 11, 2020; p.p 104–119 doi: https://doi.org/10.3991/ijoe.v16i11.13817 - 01 báo tạp chí nước; Tên báo: “Mơ hình hóa mơ tương tác – nhiệt đệm xe lăn mông – đùi thể người sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng, Vol 11(132), 2018, trang: 84-89 - 01 mơ hình mơ chiều (3D) mông đệm xe lăn; Phương thức chuyển giao, địa ứng dụng, tác động lợi ích mang lại kết nghiên cứu: Kết nghiên cứu chuyển giao cho Bộ mơn Cơ khí Chế tạo – Khoa Cơ khí – Trường ĐHSPKT – ĐHĐN Ngày 26 tháng 02 năm 2021 Tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) 23 không độc hại an tồn cho người mơi trường Đệm có khả chịu thay đổi nhiệt độ, chống nén, đâm thủng, xé rách mài mòn tốt Đệm tổ ong tạo thành từ hàng ngàn tế bào linh hoạt hợp với cách hàn nhiệt D Hình 2.2-Lợi ích đệm tổ ong Stimulite® g an aN D oc H Đệm tổ ong TPU sử dụng nghiên cứu loại đệm phẳng cổ điển có tên Stimulite®, có cấu trúc hình 2.3, có kích thước sau: chiều dài 46 cm, chiều rộng 41 cm, chiều cao cm, khối lượng 1,36 kg Hình 2.3- Mơ hình đệm phẳng Stimulite® cổ điển dạng tổ ong với nhiều lớp Đệm phẳng Stimulite® có ba lớp tổ ong TPU có lỗ nhỏ hình trịn đường kính 1,3 mm, dạng hình lục giác với khoảng cách hai cạnh đối diện mm Ba lớp không đồng tâm ngăn cách lớp da TPU đục lỗ ngang Mơ hình CAD 3D đệm tổ ong TPU Khi tính đến phương pháp tạo hình sử dụng, mơ hình phải tính đến lỗ tổ ong: (i) kích thước, (ii) độ dày mặt (iii) 24 đường kích lỗ, (v) lớp da Đầu tiên, lỗ tổ ong thiết kế nhằm tái tạo tốt lỗ tổ ong đệm thực (Hình 2.4a) b) a) D Hình 2.4-Hình học lỗ tổ ong (a); 3D CAD mơ hình nửa đệm tổ ong Stimulite® (b) g an aN D oc H Cuối đệm tổ ong liên kết gồm lớp theo phương pháp dính kết (hàn nhiệt) hình 2.4b 2.2.2 Đệm bọt PUR Loại đệm thứ (hình 2.5) sử dụng nghiên cứu loại đệm bọt ‘‘Polyurethane’’ (PUR) sử dụng nghiên cứu Grujicic et al., với kích thước tổng quát tương ứng giống với đệm tổ ong TPU Kích thước đệm chiều dài x chiều rộng x chiều cao (L x W x H) 46 cm x 41 cm x cm có khối lượng đặt cố định mặt đáy bề mặt xe lăn tiếp xúc có ma sát với mơng-đùi thể người Hình 2.5-Đệm bọt PUR từ mơ hình thực tế đến mơ hình 3D CAD 25 2.3 Mô phần tử hữu hạn tương tác học đệm xe lăn mơng-đùi 2.3.1 Các mơ hình tương tác Hình 2.6 bên dưới, ví dụ mơ hình thể người ngồi đệm gắn cố định xe lăn trạng thái tỉnh (xe lăn không di chuyển) H D Hình 2.6-Mơ hình 3D thể người ngồi đệm gắn cố định xe lăn oc g an aN D Do phức tạp vấn đề tương tác, thuộc tính vật liệu mơ cơ, xương, vật liệu đệm…và để giảm thời gian tính toán việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Chúng tơi giả thuyết mơ hình nghiên cứu tuyệt đối đối xứng (vị trí ngồi, tải trọng phân bố thể người ngồi đệm xe lăn…), xe lăn tuyệt đối cứng vững (để thay mặt phẳng tuyệt đối cứng bề mặt đệm) từ xem xét lựa chọn mơ hình mơng-đùi tương tác với đệm xe lăn nghiên cứu hình 2.7: Hình 2.7-Mơ hình tương tác loại đệm tổ ong TPU đệm bọt PUR với mông – đùi a) với đệm bọt PUR; b) với đệm tổ ong TPU 26 2.3.2 Đặc tính vật liệu đệm mông-đùi 2.3.2.1 Đệm bọt ‘‘Polyurethane’’ (PUR) Đệm bọt PUR sử nghiên cứu thiết kế phầm mềm ABAQUS® hình 2.5, làm từ vật liệu PUR có thuộc tính học là: siêu đàn hồi (hyperelastic) đàn hồi nhớt (viscoelastic) Vật liệu giới thiệu mơ hình khơng tuyến tính, đẳng hướng, nén (2.1) D Đặc tính đàn hồi nhớt vật liệu đệm PUR, xác định dựa vào chuỗi Prony theo thời gian cho mô đun cắt sử dụng oc H (2.2) g an aN D 2.3.2.2 Mô mông-đùi Như phân tích mục 2.1 chương này, mơ hình đồng hóa mơ mềm mơng-đùi sử dụng, với thuộc tính vật liệu khơng tuyến tính, đẳng hướng, đồng gần khơng nén được, có thuộc tính siêu đàn hồi với phương trình biến dạng lớn cho vật liệu mơ mơng-đùi Mơ hình siêu đàn hồi Mooney – Rivlin sử dụng cho hành vi học mô mông-đùi (2.3) Bảng 2.1-Thông số siêu đàn hồi Mooney–Rivlin đàn hồi nhớt mô môngđùi 27 2.3.2.3 Đệm tổ ong ‘‘Thermal Polyurethane’’ (TPU) Đệm tổ ong TPU sử nghiên cứu thiết kế phầm mềm ABAQUS® hình 2.4b, làm từ vật liệu TPU có thuộc tính học là: siêu đàn hồi (hyperelastic) theo mơ hình biến thiên lượng biến dạng phương trình 2.3 (giống mơng-đùi) đàn hồi nhớt (viscoelastic) phương trình 2.2 nêu Vật liệu giới thiệu mơ hình khơng tuyến tính, đẳng hướng, nén Với thơng số thuộc tính vật liệu siêu đàn hồi đàn hồi nhớt cho bảng 2.2 Bảng 2.2-Thông số siêu đàn hồi đàn hồi nhớt đệm tổ ong TPU D oc H D g an aN 2.3.3 Tải trọng áp dụng điều kiện biên Tải trọng áp dụng mô phần tử hữu hạn nghiên cứu thể người ngồi đệm xe lăn có khối lượng 75 kg Theo lý nêu trên, mơ hình mơ mơng-đùi (có khối lượng 37.5 kg) sử dụng mơ hình mơ số Hình 2.8, thể điều biên ràng buộc điều kiện tải trọng áp dụng mô mông-đùi đệm xe lăn Bề mặt đáy đệm xe lăn cố định xe lăn (như trình bày mặt phẳng tuyệt đối cứng) Mô mông-đùi thể người ngồi tĩnh tương tác có ma sát với loại đệm xe lăn (hệ số ma sát 0.5) đồng thời tịnh tiến theo trục thẳng đứng Y Gia tốc trọng trường g = 9.81 m/s2 áp dụng cho trường hợp mô số nghiên cứu 28 Hình 2.8-Điều kiện biên mơ hình mơng-đùi đệm xe lăn a) Mông- đùi đệm bọt PUR; b) Mông – đùi đệm tổ ong TPU g an aN D oc H D 2.3.4 Chia lưới phần tử hữu hạn - loại phần tử dạng tứ diện C3D4 cho mơ hình mơng-đùi thể người với số lượng: 132786 phần tử 25606 nút; - loại phần tử dạng khối nút C3D8R cho mơ hình đệm bọt PUR với số lượng: 54096 phần tử 59985 nút - loại phần tử tam giác nút S3R cho mơ hình đệm tổ ong TPU (bao gồm lớp đệm tổ ong phẳng ngăn chia) với số lượng: 425602 phần tử 212801 nút Hình 2.9- Mơ hình lưới phần tử hữu hạn mơng – đùi/đệm xe lăn a) Mông – đùi đệm bọt PUR; b) Mông – đùi đệm tổ ong TPU 2.3.5 Kết mô số phần tử hữu hạn tương tác học 2.3.5.1 Áp suất phân bố bề mặt mơng-đùi Hình 2.10, thể áp suất phân bố (tiếp xúc) lớn bề mông-đùi đệm bọt PUR 31,55 kPa tập trung trung tầm vùng mông-đùi/đệm, nơi mà trọng lượng thể tập trung nhiều Đối với đệm tổ ong TPU giá trị áp suất phân bố lớn 29 62,24 kPa, điều kiện áp dụng tải trọng điều kiện biên, kích thước lưới phần tử Điều cho thấy đệm bọt PUR giảm giá trị áp suất phân bố khoảng lần, so với sử dụng đệm tổ ong TPU Vấn đề giải thích điều kiện diện tích tiếp xúc bề mặt mông-đùi loại đệm khác Đệm tổ ong TPU có cấu trúc dạng lỗ tổ ong, bề mặt tiếp xúc với bề mặt mơng có tổng diện tích tiếp xúc bé nhiều lần (trong điều kiện mô số đệm lớp vỏ bọc) H D D oc Hình 2.10-Áp suất phân bố bề mặt mông-đùi (kPa) a) với đệm bọt PUR; b) với đệm tổ ong TPU 2.3.5.2 Phân bố ứng suất cắt ma sát bề mặt mơng đùi g an aN Hình 2.11- Ứng suất cắt ma sát bề mặt tiếp xúc mông-đùi (kPa) a) với đệm bọt PUR; b) với đệm tổ ong TPU Giá trị ứng suất cắt ma sát phân bố lớn bề mặt kPa đệm bọt PUR (Hình 2.11a) So sánh với ứng suất cắt ma sát bề mặt mông - đùi trường hợp sử dụng đệm tổ ong TPU (Hình 2.11b) 20 kPa Giá trị ứng suất cắt ma sát bề mặt mông sử dụng đệm bọt PUR thấp khoảng lần Điều giải thích cấu trúc đệm bọt PUR (đệm đặc phẳng) có khả giảm 30 trị số độ lớn ứng suất cắt ma sát gây so với đệm tổ ong TPU 2.3.5.3 Ứng suất bên mông-đùi Ứng suất von Mises mông-đùi sử dụng đệm bọt PUR 12,19 kPa Giá trị sử dụng đệm tổ ong TPU khoảng 16 kPa Có thể nhận xét rằng, gây ứng suất bên mô mông-đùi áp lực nén trọng lượng thể lên đệm ghế xe lăn phản lực bề mặt xe lăn trở lại Điều lý giải cho không lưu thông D mạch máu bị nén, chèn ép…nếu thời gian áp dụng tải kéo dài (ngồi lâu vị trí) dẫn đến thiếu xy di chuyển an aN D oc H mạch máu nguyên nhân sinh bệnh lý loét áp lực Hình 2.12-Ứng suất von Mises mô mông – đùi sử dụng loại g đệm (kPa) a) với đệm bọt PUR; b) với đệm tổ ong TPU 31 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN CƠ - NHIỆT GIỮA ĐỆM XE LĂN VÀ MÔNG-ĐÙI 3.1 Bối cảnh phương pháp luận Sự tiếp xúc có ma sát hai vật thể tạo tiêu hao lượng xuất trao đổi nhiệt mức độ tiếp xúc Về chủ đề này, có nghiên cứu thực nghiệm mơ số nghiên cứu, để nghiên cứu khuếch tán nhiệt hai thể tiếp xúc mông-đùi thể người đệm xe lăn Trong nghiên cứu này, tập trung vào mô số g an aN D oc H D Hình 3.1-Bản đồ trường nhiệt giao diện thể người / mô sau 20 phút ngồi Karimi et al Chan et al., thực mơ sử mơ hình vật lý đầy đủ để xác định phân bố trường nhiệt độ bề mặt tiếp xúc mông người lái xe đệm ghế tơ Kết cho thấy giá trị nhiệt độ tối đa 35,4 ° C bề mặt đệm 36,1 ° C tựa lưng (giá đỡ) sau 20 phút ngồi (Hình 3.1) Paulke et al., tính tốn trao đổi nhiệt ghế ô tô / thể người (Hình 3.2) để cải thiện tối ưu hóa thoải mái ghế ô tô 32 D Hình 3.2-Mơ hình FEM 3D để đánh giá thoải mái nhiệt ghế ô tô mông-đùi oc H 3.2 Mô phần tử hữu hạn tương tác nhiệt đệm xe lăn 3.2.1 Mơ hình tương tác mô mông-đùi đệm xe lăn D g an aN Sự tương tác mô mông-đùi đệm xe lăn phân tích ABAQUS®/ Dynamic, Temp-disp, Explicit (Version 6.13) sử dụng thuật toán cặp tiếp xúc (như chương 2) Sự tương tác cặp tiếp xúc xác định bề mặt mô mông-đùi với bề mặt đệm xe lăn Trong nghiên cứu này, dạng tiếp xúc ‘‘bề mặt với bề mặt’’, hệ số ma sát 0,5 sử dụng nhằm xác định cặp tiếp xúc mơ hình “mơng-đùi” “đệm xe lăn” Sự tương tác thể hình 3.3 tương tự loại đệm (bọt PUR tổ ong TPU) Hình 3.3-Mơ tả tương tác cơ-nhiệt mô mông-đùi loại đệm xe lăn với đệm bọt PUR; b) với đệm tổ ong TPU 33 Fiala, phát triển chế truyền nhiệt xảy mô sống thể người, gọi công thức truyền nhiệt y sinh Phương trình vi phân mô tả truyền nhiệt đồng nhất, thể tích mơ khơng giới hạn sau: an aN D oc H D Trong phạm vi nghiên cứu này, cố định nhiệt độ mông-đùi 34°C, nhiệt độ phòng 20°C Thời gian tương tác (thời gian ngồi) mông-đùi thể người đệm xe lăn thực khoản thời gian 35 phút Để giảm thời gian tính tốn mơ hình truyền nhiệt phần tử hữu hạn, tương tự chương (giải vấn đề tương tác học), mơ hình đối xứng tuyệt đối miền tính tốn mơ hình mơng-đùi thể người đệm xe lăn sử dụng cho tính tốn Phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng để mô tương tác nhiệt tiếp xúc mông-đùi đệm xe lăn hàm theo thời gian Phương trình tổng quát chung truyền nhiệt trình bày dạng g Trong đó, nhiệt độ cục đệm xe lăn T [°C], thay đổi theo tọa độ, không gian thời gian t (s) Các thuộc tính vật liệu phương trình trên: k, ρ, Cv độ dẫn nhiệt vật liệu [W.m-1.K1], mật độ [kg.m-3] nhiệt dung riêng [J.kg-1.K-1], tương ứng Thuật ngữ nguồn, S nhiệt sinh đơn vị thể tích cho nút Các thơng số nhiệt vật liệu đệm bọt PUR, đệm tổ ong TPU mô mông -đùi mô thể Bảng 3.1 34 Bảng 3.1- Tính chất nhiệt mông-đùi loại đệm xe lăn nhiệt độ phòng 3.4.3 Kết nhiệt độ phân bố bề mặt tương tác g an aN D oc H D Hình 3.4 cho thấy phân bố nhiệt độ mô số phần tử hữu hạn bề mặt loại đệm xe lăn sau 35 phút ngồi Nhiệt độ cao thu bề mặt đệm bọt PUR 34,21°C (Hình 3.4 a) Đối với đệm tổ ong TPU, nhiệt độ đạt cao 33.2°C thấp đệm bọt PUR gần 1°C, tương ứng điều kiện biên tải trọng áp dụng Có thể nhận thấy rằng, hầu hết vị trí có nhiệt độ lớn tập trung bề mặt tiếp xúc vị trí gần Ở nơi khác vị trí xa mơ mơng-đùi (khơng tiếp xúc trực tiếp với mơ mơng), có nhiệt độ thấp Hình 3.4-Sự phân bố nhiệt độ bề mặt loại đệm sau thời gian 35 phút với đệm tổ ong TPU; b) với đệm bọt PUR Để xem xét nhiệt độ phân bố bề mặt tiếp xúc mông-đùi đệm, thực việc khảo sát điểm cắt dọc mơ hình mơng – đùi đệm ra, điểm thể nhiệt độ hình (3.5) theo thứ tự 35 nhiệt độ bề mặt tiếp xúc, xa bề mặt tiếp xúc đệm mông-đùi tương ứng với thời gian tương tác 35 phút D Hình 3.5-Sự phân bố nhiệt độ bên mơ hình tương tác mơng-đùi loại đệm sau thời gian 35 phút a) với đệm tổ ong TPU; b) với đệm bọt PUR g an aN D oc H Dựa vào đồ thị hình 3.6, thấy nhiệt độ bề mặt đệm PUR TPU tăng nhanh giai đoạn mô số (khoảng phút đầu tiên) Giá trị nhiệt độ bề mặt đệm tăng nhanh từ 20°C đến 31,8°C đệm PUR 31°C đệm TPU Điều chênh lệch nhiệt độ đáng kể mơ mơng-đùi đệm Sau đó, nhiệt độ đệm tiếp tục tăng tương tốc độ chậm giai đoạn từ - 22 phút (với giá trị nhiệt độ tăng từ 31,8 đến 33,02°C đệm bọt PUR tăng từ 31°C đến 32,1°C đệm TPU) Trong thời gian lại, từ 22 đến 35 phút, nhiệt độ tăng lên đến giá trị cực đại sau bão hịa 34,21°C đệm bọt PUR 33,2°C đệm tổ ong TPU Hình 3.6-Đồ thị biến thiên nhiệt độ vùng mông-đùi đệm a) với đệm tổ ong TPU; b) với đệm bọt PUR 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận g an aN D oc H D Nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để thực mơ hình hóa mơ số tương tác mơng-đùi thể người loại đệm xe lăn dành cho người khuyết tật Mục tiêu nhằm đánh giá yếu tố học nhiệt độ phân bố tương tác mông-đùi đệm xe lăn, yếu tố gây nên không thoải mái người/bệnh nhân sử dụng xe lăn, nhằm hạn chế nhiều tốt xuất hiện bệnh lý loét áp lực Để giải vấn đề nêu trên, đề tài nghiên cứu làm rõ vấn đề sau: - Thực việc mơ hình hóa, mơ hình thể người ngồi đệm xe lăn loại đệm sử dụng thị trường: loại đệm bọt PUR loại đệm dạng tổ ong TPU có tên "Stimulite® Honeycomb Cushion" - Thực cơng việc mơ số phương pháp phần tử hữu hạn vấn đề tương tác cơ-nhiệt để xác định thông số liên quan như: áp lực phân bố bề mặt, ứng suất cắt bề mặt mông-đùi đệm, ứng suất Von Mises bên mông-đùi, chuyển vị mông-đùi đệm, đặc biệt nghiên cứu xác định phân bố nhiệt độ bề mặt bên mông-đùi/đệm phương pháp phần tử hữu hạn, nhằm đánh giá thoải mái nhiệt thể người Kiến nghị hướng phát triển Trong khuôn khổ đề tài này, việc xác thông số – nhiệt tương tác mông – đùi thể người đệm xe lăn nghiên cứu Tuy nhiên, nghiên cứu thực so sánh, đánh giá phạm vi mô số sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn nên tồn số hạn chế phức tạp thuộc tính vật liệu mơng-đùi, nên chúng tơi phải sử dụng mơ hình mơng – đùi đồng hóa 37 Tương lai nhóm nghiên cứu tiến hành nghiên cứu thực nghiệm nhiều đối tượng khác nhau, tiến hành cải thiện mô số cách đưa vào mơ hình mơng-đùi thể người lớp da, hệ xương chậu, xương đùi g an aN D oc H D ... khuyết tật Mục tiêu nhằm đánh giá y? ??u tố học nhiệt độ ph? ?n bố tương tác mông- đùi đệm xe l? ?n, y? ??u tố g? ?y n? ?n không thoải mái người/bệnh nh? ?n sử dụng xe l? ?n, nhằm h? ?n chế nhiều tốt xuất hi? ?n bệnh... v? ?n đề nghi? ?n cứu cải thi? ?n ti? ?n nghi phòng chống loét áp lực bệnh nh? ?n bị liệt, người sử dụng xe l? ?n tương đối mẽ xa lạ Trong đó, bệnh nh? ?n sử dụng xe l? ?n không quan tâm đ? ?n chất lượng công... áp lực b? ?n bề mặt khoảng 18% 33% 19 1.4 Mơ hình hóa mơ hình y sinh đệm xe l? ?n mơng-đùi Có nhiều mơ hình thực nghiệm nghi? ?n cứu mô số, nghi? ?n cứu v? ?n đề tương tác đệm ngồi mông- đùi nhằm hiểu