• elementi rotanti
• guscio vertebrale
• Poisson negativo
• struttura reticolare
• vertebra lombare

Questa tesi consiste nella progettazione grafica su applicazioni CAD, nell’analisi a elementi finiti e nella convalida sperimentale di una protesi vertebrale che realizzata con un materiale ingegnerizzato in modo tale da avere proprietà auxetiche simili all’osso umano, in modo che essa possa essere sostituita a una vertebra reale in caso di danneggiamento o tumore nella stessa, e che goda di caratteristiche simili a quelle dell’osso sostituito.
Questo risultato verrà ottenuto progettando la parte esterna (guscio vertebrale) e quella interna (nucleo vertebrale) con strutture dotate di proprietà auxetiche e con forme tali che possano agire come le ossa che dovranno sostituire e, dopo averne studiate le caratteristiche di resistenza allo sforzo, di rigidezza e auxeticità simulate subendo una compressione tramite un analisi FEM e, nel caso del nucleo anche dopo una convalida sperimentale, esse saranno collegate in un’unica struttura che simulerà una vertebra e che verrà essa stessa sottoposta a un analisi FEM per determinarne le caratteristiche anche sottoposta a importanti compressioni.
Questo permetterà di valutare se l’utilizzo di metamateriali auxetici per la realizzazione di protesi è promettente e di trovare il modo di realizzare una protesi vertebrale che consenta una sostituzione ottimale di una vertebra danneggiata trovando il giusto compromesso tra auxeticità, rigidezza e resistenza agli sforzi.

This thesis consists in the graphic design on CAD applications, in the finite element analysis and in the experimental validation of a vertebral prosthesis that is made with a material engineered in such a way as to have auxetic properties similar to human bone, so that it can be replaced to a real vertebra in the event of damage or tumor in it, and which enjoys characteristics similar to those of the replaced bone. This result will be obtained by designing the external part (vertebral shell) and the internal one (vertebral nucleus) with structures endowed with auxetic properties and with shapes that can act as the bones they will have to replace and, after having studied the stress resistance, stiffness and auxeticity characteristics, simulated undergoing a compression through a FEM analysis and, in the case of the nucleus even after an experimental validation, they will be connected in a single structure that will simulate a vertebra and which will itself be subjected to a FEM analysis to determine its characteristics even subjected to important compressions. This will allow to evaluate whether the use of auxetic metamaterials for the creation of prostheses is promising and to find a way to create a vertebral prosthesis that allows optimal replacement of a damaged vertebra by finding the right compromise between auxeticity, stiffness and stress resistance.