Tensorgesteuerte Entwicklung biokompatibler Strukturen

Abstract

Die vorliegende Arbeit verfolgt den Ansatz einer Topologieoptimierung um würfelförmige Strukturen zu erstellen die ein vorgegebenes elastisches Verhalten haben. Hierzu wird die Methode der Homogenisierung nach G. P. Steven angewendet um aus einem gegeben Steifigkeitstenor Beschränkungen für eine Topologieoptimierung zu entwickeln. Zudem wurde die Mandel-Notation in die Homogenisierung eingebaut. Das langfristige Ziel ist es, Femurnägel aus vielen Einzelstrukturen zusammen zu setzen und so auftretendes Stress shielding im Femurknochen zu verringern. Die Ergebnisse verschiedener Konfigurationen sind durchaus vielversprechend und unterstützen eine weitere Untersuchung des Ansatzes.

The preliminary work follows the approach of a topology optimization to create cube-shaped structures that have a specific elastic behavior. For this purpose, the method of homogenization according to G. P. Steven is used to develop restrictions for a topology optimization from a given stiffness tensor. In addition, the Mandel notation was substituted into the homogenization method. The long-term goal is to assemble femoral stems from many individual structures and thus reduce stress shielding in the femoral bone.The results of different configurations are quite promising and support a further investigation of the approach.