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、肌肉是構成動物體的主要組織，其主要功能是產生收縮，進而引起動物體內外的各種運動。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動器官。自上世紀20年代起，肌肉的力產生機制一直就是生理學家們研究的熱點，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—細觀層次對骨骼肌收縮的力學特性進

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)學模型誕生于上世紀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模型，這類模型的數學表達較簡單，但是對肌肉力學行為的預測以及臨床實踐有著重要的指導意義。人體和器械的運動是運動生物力學的主要研究對象，這些運動的實現離不開力，肌肉力則是實現人體與器械運動的主要力，可以說無論是競技體育，還是健身體育中的各種運動均與肌肉活動有關。因此，肌肉的功能和力學特性是人體和器械運動的基礎，開

3、展肌肉力學的研究有著重要的理論意義和實際應用價值。 本文對Huijing等提出的平面模型進行了研究。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系，該關系經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生的力，還有就是對肌內壓力的過分簡化，與實際情形相差較大。本文對Otten的方法進行了修正：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系，并進一步獲得了肌肉的力—長度關系曲線。結果表明：本文的方法較Otten有所改進，與Meijer等的實驗結果符合得較好。 在VanLeeuwen等人的基礎上，本文對骨骼肌的收縮進行了有限元分析。VanLeeuwen首先提出了肌肉中被動應力和主動應力的概念，本文將這兩部分應力具體化：被動行為服從超彈性本構關系，主動應力則與時間、速度及長度有關，然后用ANSYS進