高水平体操运动员落地冲击时踝关节的生物力学研究
发布时间：2021-11-05 08:18
研究目的体操是一项广泛受欢迎的运动项目。体操运动员每一次训练或比赛都是以落地动作结束,但落地的成功率很低,而踝关节损伤的发生率却很高。本文目的是在体操运动员落地的运动测试基础上,进行人体落地动作的多体系统动力学仿真,再结合足踝有限元计算,在关节内外负荷和人体组织应力、应变两个尺度上探讨落地冲击的生物力学特征,为探讨踝关节损伤的机制及预防提供科学依据。研究方法1.运动测试:（a）.选取国家体操队6名男子运动员,在国家体育科研究所实验室完成不同高度（H1:35 cm,H2:55 cm和H3:85 cm）的垂直落地和后空翻（BS）落地测试。分别使用Qualisys运动捕捉系统、Kistler测力台和Delsys无线表面肌电系统,同步采集落地动作的运动学、垂直地面反作用力（vGRF）和两侧下肢股直肌、股二头肌、胫骨前肌和腓肠肌外侧的肌电信号,并对数据进行处理分析。（b）.选取其中1名运动员,在国家队体操馆进行体操直体后空翻转体720°（简称:“后直720°”）落地测试,分别使用三维运动拍摄和Delsys无线表面肌电系统,同步采集落地动作的运动学,以及上述肌肉的表面肌电信号,并对数据进行处理分析...
【文章来源】：上海体育学院上海市
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 前言
1.1 研究背景
1.2 研究目的及意义
1.3 研究思路与技术路线
第2章 文献综述
2.1 体操运动员落地动作的生物力学研究
2.1.1 评估肌肉做功的方法
2.1.2 关节和环节的贡献
2.1.3 落地冲击力
2.1.4 落地的冲击阶段和平衡阶段
2.1.5 组织生物力学
2.1.6 小结
2.2 体操运动员落地踝关节损伤调查分析及预防策略
2.2.1 国内体操落地足踝损伤调查分析
2.2.2 国外体操落地足踝损伤调查分析
2.2.3 体操运动员踝关节损伤的危险因素
2.2.4 基于生物力学分析踝关节损伤可能的预防策略
2.2.5 小结
2.3 足踝肌肉骨骼系统生物力学
2.3.1 足与踝的解剖
2.3.2 足的运动学
2.3.3 足的动力学
2.3.4 踝关节运动学
2.3.5 踝关节动力学
2.3.6 小结
2.4 人体足踝的多刚体和有限元建模及应用
2.4.1 足踝多刚体模型研究
2.4.2 足踝多刚体计算机仿真研究
2.4.3 足踝有限元模型研究
2.4.4 足踝有限元模型的应用
2.4.5 小结
2.5 体操运动员踝关节落地损伤的生物力学机制研究
2.5.1 频繁的地面反作用力——落地冲击
2.5.2 肢体的不对称
2.5.3 下肢刚度
2.5.4 关节角度和关节运动范围
2.5.5 体操评分与双脚落地
2.5.6 小结
第3章 体操运动员不同高度体操样落地的下肢生物力学特征研究
3.1 前言
3.2 研究方法
3.2.1 研究对象
3.2.2 步骤
3.2.3 数据处理
3.3 结果
3.3.1 运动学
3.3.2 垂直地面反作用力及衍生指标
3.3.3 肌电学
3.4 分析与讨论
3.5 小结
第4章 体操运动员两种落地方式的下肢生物力学特征比较研究
4.1 前言
4.2 研究方法
4.2.1 研究对象
4.2.2 步骤
4.2.3 数据处理
4.3 结果
4.3.1 运动学
4.3.2 垂直地面反作用力及衍生指标
4.3.3 肌电学
4.4 分析与讨论
4.5 小结
第5章 体操运动员后空翻落地的下肢生物力学特征研究
5.1 前言
5.2 研究方法
5.2.1 研究对象
5.2.2 步骤
5.2.3 实验数据处理
5.2.4 计算机仿真与验证
5.3 结果
5.4 分析与讨论
5.5 小结
第6章 体操运动员后空翻、后直720°和后直1080°落地的计算机仿真研究
6.1 前言
6.2 研究方法
6.2.1 研究对象
6.2.2 步骤
6.2.3 实验数据处理
6.2.4 计算机仿真与验证
6.3 结果
6.4 分析与讨论
6.5 小结
第7章 体操运动员足踝建模与落地时踝关节冲击损伤的有限元分析
7.1 前言
7.2 研究方法
7.2.1 研究对象
7.2.2 原始数据采集
7.2.3 三维有限元模型的建立与验证
7.2.4 落地冲击的有限元计算
7.2.5 模型的求解
7.3 结果
7.3.1 站立平衡状态足底表面压力分布
7.3.2 落地冲击的踝关节面受力情况
7.4 分析与讨论
7.5 小结
第8章 结束语
8.1 综合讨论
8.2 创新点
8.3 结论
8.4 不足与今后的研究方向
参考文献
致谢
附录一 大学本科到研究生学习经历
附录二 攻读博士学位论文期间科研经历
【参考文献】：
期刊论文
[1]体操运动员踝关节损伤的流行病学研究进展[J]. 吴成亮,郝卫亚,肖晓飞,李旭鸿. 中国运动医学杂志. 2019(05)
[2]不同疲劳诱导方案对落地时下肢关节力学、刚度和能量吸收的影响[J]. 张希妮,傅维杰,夏锐,刘宇. 体育科学. 2017(11)
[3]运动损伤生物力学研究[J]. 郝卫亚. 医用生物力学. 2017(04)
[4]足踝部三维有限元仿真模型的构建及验证[J]. 金乾坤,何盛为,何飞熊,陈秉智. 中国数字医学. 2016(04)
[5]里约奥运周期我国艺术体操运动员损伤康复研究[J]. 孙萍,黄俊亚. 西安体育学院学报. 2016(02)
[6]高跟鞋与足部跖间应力关系的有限元分析[J]. 周嘉骏,张洪涛,罗宗平,张明,余嘉. 医用生物力学. 2015(06)
[7]国家队男子体操运动员损伤的物理诊断及受伤因素分析[J]. 孙永生. 中国学校体育(高等教育). 2015(09)
[8]不同结构护踝对伞兵着陆时足外踝损伤防护的仿真研究[J]. 郭俊超,王丽珍,韩景芸,卜伟平,柳松杨,樊瑜波. 航天医学与医学工程. 2015(03)
[9]自由体操落地冲击的下肢动力学仿真研究[J]. 肖晓飞,郝卫亚,荣起国,李旭鸿,吴成亮. 中国运动医学杂志. 2015(02)
[10]建立足部三维有限元数字模型[J]. 周宇宁,张宏,陈相春,闫占平,刘锋,任国山,王素玲. 中国组织工程研究. 2015(05)
本文编号：3477428
【文章来源】：上海体育学院上海市
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 前言
1.1 研究背景
1.2 研究目的及意义
1.3 研究思路与技术路线
第2章 文献综述
2.1 体操运动员落地动作的生物力学研究
2.1.1 评估肌肉做功的方法
2.1.2 关节和环节的贡献
2.1.3 落地冲击力
2.1.4 落地的冲击阶段和平衡阶段
2.1.5 组织生物力学
2.1.6 小结
2.2 体操运动员落地踝关节损伤调查分析及预防策略
2.2.1 国内体操落地足踝损伤调查分析
2.2.2 国外体操落地足踝损伤调查分析
2.2.3 体操运动员踝关节损伤的危险因素
2.2.4 基于生物力学分析踝关节损伤可能的预防策略
2.2.5 小结
2.3 足踝肌肉骨骼系统生物力学
2.3.1 足与踝的解剖
2.3.2 足的运动学
2.3.3 足的动力学
2.3.4 踝关节运动学
2.3.5 踝关节动力学
2.3.6 小结
2.4 人体足踝的多刚体和有限元建模及应用
2.4.1 足踝多刚体模型研究
2.4.2 足踝多刚体计算机仿真研究
2.4.3 足踝有限元模型研究
2.4.4 足踝有限元模型的应用
2.4.5 小结
2.5 体操运动员踝关节落地损伤的生物力学机制研究
2.5.1 频繁的地面反作用力——落地冲击
2.5.2 肢体的不对称
2.5.3 下肢刚度
2.5.4 关节角度和关节运动范围
2.5.5 体操评分与双脚落地
2.5.6 小结
第3章 体操运动员不同高度体操样落地的下肢生物力学特征研究
3.1 前言
3.2 研究方法
3.2.1 研究对象
3.2.2 步骤
3.2.3 数据处理
3.3 结果
3.3.1 运动学
3.3.2 垂直地面反作用力及衍生指标
3.3.3 肌电学
3.4 分析与讨论
3.5 小结
第4章 体操运动员两种落地方式的下肢生物力学特征比较研究
4.1 前言
4.2 研究方法
4.2.1 研究对象
4.2.2 步骤
4.2.3 数据处理
4.3 结果
4.3.1 运动学
4.3.2 垂直地面反作用力及衍生指标
4.3.3 肌电学
4.4 分析与讨论
4.5 小结
第5章 体操运动员后空翻落地的下肢生物力学特征研究
5.1 前言
5.2 研究方法
5.2.1 研究对象
5.2.2 步骤
5.2.3 实验数据处理
5.2.4 计算机仿真与验证
5.3 结果
5.4 分析与讨论
5.5 小结
第6章 体操运动员后空翻、后直720°和后直1080°落地的计算机仿真研究
6.1 前言
6.2 研究方法
6.2.1 研究对象
6.2.2 步骤
6.2.3 实验数据处理
6.2.4 计算机仿真与验证
6.3 结果
6.4 分析与讨论
6.5 小结
第7章 体操运动员足踝建模与落地时踝关节冲击损伤的有限元分析
7.1 前言
7.2 研究方法
7.2.1 研究对象
7.2.2 原始数据采集
7.2.3 三维有限元模型的建立与验证
7.2.4 落地冲击的有限元计算
7.2.5 模型的求解
7.3 结果
7.3.1 站立平衡状态足底表面压力分布
7.3.2 落地冲击的踝关节面受力情况
7.4 分析与讨论
7.5 小结
第8章 结束语
8.1 综合讨论
8.2 创新点
8.3 结论
8.4 不足与今后的研究方向
参考文献
致谢
附录一 大学本科到研究生学习经历
附录二 攻读博士学位论文期间科研经历
【参考文献】：
期刊论文
[1]体操运动员踝关节损伤的流行病学研究进展[J]. 吴成亮,郝卫亚,肖晓飞,李旭鸿. 中国运动医学杂志. 2019(05)
[2]不同疲劳诱导方案对落地时下肢关节力学、刚度和能量吸收的影响[J]. 张希妮,傅维杰,夏锐,刘宇. 体育科学. 2017(11)
[3]运动损伤生物力学研究[J]. 郝卫亚. 医用生物力学. 2017(04)
[4]足踝部三维有限元仿真模型的构建及验证[J]. 金乾坤,何盛为,何飞熊,陈秉智. 中国数字医学. 2016(04)
[5]里约奥运周期我国艺术体操运动员损伤康复研究[J]. 孙萍,黄俊亚. 西安体育学院学报. 2016(02)
[6]高跟鞋与足部跖间应力关系的有限元分析[J]. 周嘉骏,张洪涛,罗宗平,张明,余嘉. 医用生物力学. 2015(06)
[7]国家队男子体操运动员损伤的物理诊断及受伤因素分析[J]. 孙永生. 中国学校体育(高等教育). 2015(09)
[8]不同结构护踝对伞兵着陆时足外踝损伤防护的仿真研究[J]. 郭俊超,王丽珍,韩景芸,卜伟平,柳松杨,樊瑜波. 航天医学与医学工程. 2015(03)
[9]自由体操落地冲击的下肢动力学仿真研究[J]. 肖晓飞,郝卫亚,荣起国,李旭鸿,吴成亮. 中国运动医学杂志. 2015(02)
[10]建立足部三维有限元数字模型[J]. 周宇宁,张宏,陈相春,闫占平,刘锋,任国山,王素玲. 中国组织工程研究. 2015(05)
本文编号：3477428
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