單羽狀骨骼肌平面模型的修正及骨骼肌收縮的有限元模擬.pdf

1、肌肉是構(gòu)成動物體的主要組織，其主要功能是產(chǎn)生收縮，進(jìn)而引起動物體內(nèi)外的各種運(yùn)動。肌肉可分為三類，骨骼肌、心肌和平滑肌，其中骨骼肌最多，約占動物體重的40％。骨骼肌和骨、肌腱連接共同組成運(yùn)動器官。自上世紀(jì)20年代起，肌肉的力產(chǎn)生機(jī)制一直就是生理學(xué)家們研究的熱點，A.V.Hill和A.F.Huxley是早期研究者的主要代表，他們提出的Hill模型(1938)和Huxley模型(1957)分別從宏觀層次和生理—細(xì)觀層次對骨骼肌收縮的力學(xué)特性進(jìn)

2、行了描述，到目前依然是描述肌肉收縮的主要模型。肌肉的形態(tài)學(xué)模型誕生于上世紀(jì)60年代，它是基于肌肉肌纖維的排列模式及幾何外形的力學(xué)模型，這類模型的數(shù)學(xué)表達(dá)較簡單，但是對肌肉力學(xué)行為的預(yù)測以及臨床實踐有著重要的指導(dǎo)意義。人體和器械的運(yùn)動是運(yùn)動生物力學(xué)的主要研究對象，這些運(yùn)動的實現(xiàn)離不開力，肌肉力則是實現(xiàn)人體與器械運(yùn)動的主要力，可以說無論是競技體育，還是健身體育中的各種運(yùn)動均與肌肉活動有關(guān)。因此，肌肉的功能和力學(xué)特性是人體和器械運(yùn)動的基礎(chǔ)，開

3、展肌肉力學(xué)的研究有著重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。 本文對Huijing等提出的平面模型進(jìn)行了研究。Otten利用平面模型得到了羽狀肌肌張力與總的肌纖維力之間的關(guān)系，該關(guān)系經(jīng)常用來分析肌肉的幾何形態(tài)。Otten方法的缺陷在于它不能夠確定腱膜本身產(chǎn)生的力，還有就是對肌內(nèi)壓力的過分簡化，與實際情形相差較大。本文對Otten的方法進(jìn)行了修正：Otten用只考慮局部平衡(腱膜的平衡)的方法得到了肌張力和肌纖維力之間的關(guān)系；與Otten不

4、同，本文考慮了肌肉整體的平衡，先得到肌張力和腱膜力與肌纖維力之間的關(guān)系，并進(jìn)一步獲得了肌肉的力—長度關(guān)系曲線。結(jié)果表明：本文的方法較Otten有所改進(jìn)，與Meijer等的實驗結(jié)果符合得較好。 在VanLeeuwen等人的基礎(chǔ)上，本文對骨骼肌的收縮進(jìn)行了有限元分析。VanLeeuwen首先提出了肌肉中被動應(yīng)力和主動應(yīng)力的概念，本文將這兩部分應(yīng)力具體化：被動行為服從超彈性本構(gòu)關(guān)系，主動應(yīng)力則與時間、速度及長度有關(guān)，然后用ANSYS進(jìn)