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文檔簡(jiǎn)介
1、骨骼作為人體的重要器官,不僅保護(hù)著人體的內(nèi)臟,而且還能支撐著整個(gè)人體。在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,骨骼間常常會(huì)相互接觸擠壓而受到力的作用產(chǎn)生一定的傷害。而人體防護(hù)裝備的研究,主要還是以運(yùn)動(dòng)護(hù)具和運(yùn)動(dòng)鞋為主;有關(guān)防護(hù)服裝的研究,目前還停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、舒適性、功能性等方面,忽略了人體對(duì)運(yùn)動(dòng)防護(hù)的需求。倘若運(yùn)動(dòng)服裝本身具有防護(hù)的效果,那將給參與運(yùn)動(dòng)的人帶來(lái)極大的便利。所以,從人體運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生機(jī)制出發(fā),根據(jù)外部約束條件的變化,來(lái)研究開(kāi)發(fā)防護(hù)性的服裝,是未
2、來(lái)的研究熱點(diǎn)。
本課題以人體下肢易損傷的跑步運(yùn)動(dòng)為研究目標(biāo),采用生物力學(xué)中的有限元仿真模擬,對(duì)跑步運(yùn)動(dòng)褲的防護(hù)性進(jìn)行研究,通過(guò)有限元仿真獲得了防護(hù)參數(shù),并運(yùn)用在服裝的研發(fā)中,開(kāi)發(fā)對(duì)人體膝關(guān)節(jié)具有防護(hù)作用的運(yùn)動(dòng)褲。
首先從人體解剖學(xué)的角度,對(duì)在跑步運(yùn)動(dòng)中人體下肢易損傷的膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,并進(jìn)一步分析了膝關(guān)節(jié)骨骼損傷的原因,即長(zhǎng)時(shí)間相互接觸承受高頻次的應(yīng)力而導(dǎo)致過(guò)勞性損傷。
其次利用交互式醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)
3、Mimics對(duì)膝關(guān)節(jié)CT掃描的DICOM格式數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,建立起全膝關(guān)節(jié)的三角面模型;由逆向工程軟件Geomagic studio對(duì)模型進(jìn)行一系列的修補(bǔ)、降噪、格柵、曲面擬合等處理,再經(jīng)Pro/E的重新組裝,最終獲得了膝關(guān)節(jié)骨骼-肌肉系統(tǒng)三維實(shí)體模型。
然后通過(guò)ANSYS Workbench仿真平臺(tái)對(duì)膝關(guān)節(jié)三維實(shí)體模型進(jìn)行前處理,包括定義單元類型、賦材質(zhì)、劃分網(wǎng)格,并在脛股關(guān)節(jié)間施加靜態(tài)的接觸力,作為損傷載荷;而在膝關(guān)節(jié)肌肉表
4、面則施加不同的表面載荷,作為防護(hù)載荷,對(duì)跑步運(yùn)動(dòng)中膝關(guān)節(jié)骨骼的應(yīng)力應(yīng)變及變形進(jìn)行靜態(tài)分析。結(jié)果表明,施加的表面防護(hù)載荷對(duì)人體骨骼起到了一定的防護(hù)作用,尤其是股骨遠(yuǎn)端的變形量呈變小的趨勢(shì)。
但靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析并不足以模擬跑步運(yùn)動(dòng)給人體骨骼帶來(lái)一定的損傷情況。接著通過(guò)Optotrak_Certus動(dòng)態(tài)捕捉系統(tǒng)及TrueImpulse三維測(cè)力臺(tái)對(duì)跑步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的捕捉,利用動(dòng)力學(xué)公式,計(jì)算得到脛股關(guān)節(jié)在一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)膝關(guān)節(jié)骨骼間的接
5、觸力。以該接觸力作為有限元疲勞分析的動(dòng)態(tài)損傷載荷,重復(fù)循環(huán)作用于脛股關(guān)節(jié),同時(shí)在膝關(guān)節(jié)表面施加防護(hù)載荷,模擬人體膝關(guān)節(jié)在穿著不同防護(hù)運(yùn)動(dòng)褲的作用下,骨骼的局部應(yīng)力和疲勞壽命。結(jié)果得到的防護(hù)參數(shù)可以適合不同的人群:
①防護(hù)載荷參數(shù)在5.88-7.85kpa之間,并盡可能接近7.85kpa,這個(gè)區(qū)間的防護(hù)參數(shù)的防護(hù)性能最好,適合追求對(duì)自身防護(hù)的人群。
②防護(hù)性參數(shù)在1.96-3.92kpa的范圍,比較適合渴望防護(hù)性和壓迫
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