Finite Element Analysis of a Transtibial Prosthesis for a Paralympic Cyclist

Abstract

Nowadays, finite element analysis techniques are employed are used to reduce costs in the manufacturing process of sports prostheses. This study particularly focuses on the finite element analysis of a design for a transtibial prosthesis of a paralympic cyclist, in which integrated the biomechanics of an athlete with amputation in both legs below the knee with two prostheses categorized before the Union Cycling International (UCI) with a disability of degree C-3, considering the characteristics of the terrain and the dynamic model. The analysis by means of finite elements aims to evaluate the static and dynamic behavior of the proposed design when subjected to a competition in the track-cycling category. As a result of this analysis, mechanical aspects such as: static forces, buckling, frequency, fatigue, free fall, impact and aerodynamics can be evaluated, allowing to verify that the design of the proposed transtibial prosthesis meets an suitable aerodynamic profile and its mechanical characteristics to be used in a high performance Paralympic cycling competition.En la actualidad se emplean técnicas de análisis por elementos finitos para reducir costos en el proceso de fabricación de prótesis deportivas. Este estudio particularmente se centra en el análisis por elementos finitos de un diseño para una prótesis transtibial de un ciclista paralímpico, en el que se integra la biomecánica de un atleta con amputación en ambas piernas por debajo de la rodilla, con dos prótesis categorizado ante la Unión Ciclista Internacional (UCI) con una discapacidad de grado C-3, considerando características del terreno y el modelo dinámico. El análisis por medio de elementos finitos tiene como objetivo evaluar el comportamiento estático y dinámico del diseño propuesto cuando se somete a una competencia en la categoría de ciclismo de pista. Como resultado de este análisis, se pueden evaluar aspectos mecánicos como: esfuerzos estáticos, pandeo, frecuencia, fatiga, caída libre, impacto y aerodinámica, permitiendo verificar que el diseño de la prótesis transtibial propuesto cumple con un perfil aerodinámico idóneo  y sus características mecánicas para ser utilizada en una competencia de ciclismo paralímpico de alto rendimiento