Моделирование динамики коленного сустава человека при экстремальных условиях

• Автор: Ильин, Илья Юрьевич
• Шифр специальности: 01.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 100 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Цель работы
Научная новизна
Практическая значимость исследования
Апробация работы
Публикации
Объем и структура диссертации
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КОЛЕННОГО СУСТАВА ЧЕЛОВЕКА
2.1. Математическая модель
2.1.1. Расчет степеней свободы системы твердых тел и уравнения связи
2.1.2. Обобщенные координаты, используемые в ADAMS
2.1.3. Шарнирные соединения
2.1.4. Движения в ADAMS
2.1.5. Динамическое моделирование
2.1.6. Численное решение дифференциальных уравнений в ADAMS
2.2. Коленный сустав: геометрия и контактные силы
2.2.1. Геометрия коленного сустава
2.2.2. Контактные силы
2.3. Связки КОЛЕННОГО сустава

2.3.1. Биомеханические характеристики связок
2.3.2. Функции связок
2.4. МЫШЦЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В СГИБАНИИ И РАЗГИБАНИИ НОГИ В КОЛЕННОМ СУСТАВЕ
2.5. МАСС-ИНЕРЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДЕЛИ
ГЛАВА 3. НАСТРОЙКА МОДЕЛИ
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИЗЕМЛЕНИЯ ПОСЛЕ ПРЫЖКА
4.1. Рассматриваемый тип движения
4.2. Адаптация модели
4.3. Результаты моделирования
ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАДЕНИЯ ГОРНОЛЫЖНИКА
5.1. Рассматриваемый тип движения
5.2. Адаптация модели
5.3. Результаты моделирования
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В протезировании, реабилитации, спортивной медицине необходимо оценивать нагрузки на ткани в процессе различных движений. В протезировании это необходимо в первую очередь для выбора материалов. При постоперационной реабилитации - для подбора эффективных упражнений и ускорения заживления. В спортивной медицине - для выработки рекомендаций спортсменам, как избежать травмы, а также при разработке спортивного инвентаря. С этой целью обычно используются различные экспериментальные имитаторы. Однако, такие эксперименты требуют больших затрат времени и средств. Кроме того, сложно принять во внимание все мышцы и связки при настройке модели и измерить все необходимые характеристики. Напротив, виртуальные имитаторы позволяют рассмотреть все необходимые компоненты колена и, быстро настраивая модель, измерять динамические нагрузки для любых компонентов в любых желаемых движениях. Имитаторы, разработанные с использованием современных средств проектирования и динамического моделирования, являются наиболее гибкими, поскольку не требуют от пользователя специальных знаний программы и программирования для настройки модели на различные условия. Поэтому создание адекватных виртуальных имитаторов отдельных частей тела с глубокой детализацией является перспективным направлением современной биомеханики.
Коленный сустав, в свою очередь, является наиболее сложным суставом человеческого тела и в наибольшей мере подвержен травмам. В тоже время он остается недостаточно изученным в силу сложностей экспериментальных измерений, а также количества элементов, которые необходимо учитывать при моделировании. Поэтому усилия в этой работе были сконцентрированы на построении адекватного и полного виртуального имитатора коленного сустава.

Рис. 4. Геометрия крестообразных связок [36]