Düztaban ve diyabet hastası bireyler için kafes yapılar kullanılarak ayakkabı tabanı tasarımı ve optimizasyonu
Shoe sole design and optimization using lattice structures for flatfoot and diabetic individuals
Yazar: İLKER DEMİRBAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ ; DR. NİYAZİ TANLAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Düztaban ayak yapısına sahip olan bireylerin yere basmaları durumda ayak tabanında oluşan basınç dağılımı ayak yapısı ortopedik formda olan bireylere göre farklılıklar gösterir. Bu fark ayağın yük taşımaya uygun olmayan kısımlarına daha fazla yük gelmesine neden olur. Bireyin düztaban ayak yapısına sahip olmasının yanı sıra bir de diyabet hastası olması durumunda ise ayağın yük taşımaya uygun olmayan bölgelerinde yara oluşumu gerçekleşir. Diyabet hastaları için kritik basınç değeri 200kPa'dır [1]. Bu çalışmada vücut kitle endeksi referans değeri aşan bir birey incelenerek kritik basınç değerine göre bireyin ayak yapısında oluşan gerilme ve deformasyonlar farklı taban yapıları dikkate alınarak nümerik olarak sonlu elemanlar paket programı kullanılarak incelenmiştir. Nümerik çalışmada ayakta ve hareketsiz kalan bir bireyin statik olarak ayak tabanına gelen basınç dağılımını kritik değerin altına çekecek şekilde optimize edecek sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Optimizasyon; topoloji optimizasyonu ve topoloji optimizasyonu sonunda oluşan kafes yapılarının boyut optimizasyonu olarak iki aşamada gerçekleşmektedir. Bu optimizasyon modeli üç boyutlu yazıcıda basılabilecek şekilde üç farklı kafes yapısı için tekrarlanmış ve her bir kafes yapısının bulunduğu ayakkabı tabanı, ayak tabanındaki basınç dağılımını kritik değerin altına düşürmüştür. Oluşturulan kafes yapılarındaki gerilme ve deformasyon değerleri incelendiğinde birinci kafes yapısı diğer iki kafes yapısına göre daha az gerilme ve deformasyon değerlerine sahiptir. Ayakkabı tabanı tasarımı için birinci kafes yapısı bulunan model seçilmiş ve kullanılmıştır. Kafes yapıları kullanılarak üstün özelliklere sahip yapılar elde edilebilmektedir. Sonuç olarak; kafes yapıları kullanılarak üç boyutlu yazıcılar için üretime uygun ve hem düztaban hem de diyabet hastalığına sahip kişiler için ayak tabanı basınç dağılımını azaltıcı özel olarak üretilebilecek ayakkabı tabanı için tasarım modeli oluşturulmuştur.

Abstract:
When individuals having flat feet step on the ground, the pressure distribution in the soles of their feet is different than that of the people having orthopedic foot structure. This abnormal pressure distribution causes more load to be placed on regions of the feet that are not suitable for load bearing. If any individual has a flat-footed foot structure as well as diabetes, wounds may occur at those regions that are not suitable for carrying a load. The critical pressure value for diabetes care is 200kPa [1]. An object that exceeds this body mass target is examined, and the stresses and abrasions that occur in the body foot structure according to the critical pressure times are hit numerically using the finite elements package program, based on different sole structures. It contains a finite element model that will optimize the pressure distribution to the static sole of the foot as an organism that is numerically standing and immobile. Topology optimization and size optimization are run sequentially to form the optimal insole. This two-staged scheme was repeated for three different lattice structures that could be printed on a 3D printer, and the sole of the shoe with a lattice structure reduced the pressure distribution on the sole of the foot below the critical value. The stress and deformation values in the lattice structures formed have less stress and strain values than the first lattice structure compared to the other two lattice structures. For the shoe sole design, the model in the first lattice structure was selected and used. By using lattice structures, insole with superior properties can be obtained. As a result, A design model for the design of insoles, which will be specially produced using the mesh structure, suitable for production for three-dimensional printers and reducing the pressure distribution of the sole of the foot for both flat feet and people with diabetes, has been released.