网球运动员半月板损伤的有限元混合建模研究

发布时间：2023-02-10 20:49

　　目的:在网球运动中,膝关节半月板损伤较为普遍,且发病机制复杂。根据人体与网球的不同位置关系,正手击球技术有开放式、半开式、关闭式三种站位技术。本研究的目的是探讨网球半开放式站位击球技术与膝关节半月板损伤之间的关系,找出膝关节半月板损伤的机理和规律。方法:通过VICON三维红外动作捕捉系统和测力台同步采集损伤运动员和健康运动员的正手挥拍击球动作的数据,使用Visual-3D软件计算出髋、膝关节角度以及关节力矩。将经过VICON软件处理的动作数据以.TRC格式导入OpenSIM软件,经过缩放模型、逆运动学、残差计算、逆动力学步骤得出相关肌肉的肌力值。拍摄损伤运动员膝关节的CT、MR图像,通过MIMICS软件使二维断层图像还原成三维体模型,以格式.STL导入到有限元前处理软件Hypermesh中进行网格划分、材料赋值等步骤,再将OpenSIM与有限元模型进行耦合定义网球正手半开放式站位中膝关节的运动,通过Ls-dyna非线性计算器求解来计算半月板的应力分布,计算结果通过Hyperview显示。结果:(1)受试者A在水平面上的动作为先内旋再外旋,之后再次内旋,最后再次外旋,有二次转动的现象,受...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的
    1.3 研究创新点
    1.4 研究假设
    1.5 本文的研究任务
2 文献综述
    2.1 网球膝关节损伤流行病学研究
        2.1.1 膝关节损伤的患病率与发病率
        2.1.2 膝关节损伤的人口特征
        2.1.3 膝关节损伤特征
        2.1.4 流行病学研究存在的问题
    2.2 网球膝关节损伤的防治
        2.2.1 损伤的治疗
        2.2.2 损伤的预防
    2.3 网球膝关节损伤生物力学建模研究
        2.3.1 肌肉动力学模型
        2.3.2 人体组织有限元模型
    2.4 小结
3 网球正手技术动作采集及数据分析
    3.1 实验对象
    3.2 实验器材
    3.3 实验流程
        3.3.1 实验准备
        3.3.2 实验数据采集
    3.4 实验数据处理
        3.4.1 VICON系统中的数据处理
        3.4.2 Visual3D软件中的数据处理
    3.5 确定正手击球动作的研究范围
        3.5.1 网球正手技术动作类型
        3.5.2 确定目标技术动作
    3.6 研究结果
        3.6.1 目标动作时间范围
        3.6.2 膝关节角度变化结果
        3.6.3 髋关节水平面角度变化结果
        3.6.4 髋关节、膝关节水平面力矩对比结果
    3.7 小结
4 网球正手动力学建模及动力学数据分析
    4.1 动力学建模软件OpenSIM简介
    4.2 OpenSIM建模过程
    4.3 数据分析
5 建立有限元模型及生物力学分析
    5.1 三维膝关节重建
        5.1.1 实验对象
        5.1.2 二维数据采集
        5.1.3 三维膝关节重建
    5.2 有限元建模软件选择
    5.3 模型导入
    5.4 网格划分
    5.5 定义模型的材料属性
    5.6 接触设置
    5.7 与OpenSIM的耦合
    5.8 定义约束与载荷
    5.9 结果
6 结论和展望
    6.1 主要研究结果
    6.2 结论
    6.3 展望
参考文献
致谢
附录



本文编号：3739888