目的通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析結(jié)合有限元模擬的方法,探究不同慢跑觸地模式下足中骨、距上關(guān)節(jié)面軟骨、足底的應(yīng)力分布特征及足底筋膜與踝關(guān)節(jié)韌帶的受力情況。方法采集8名研究對(duì)象在后足觸地（rearfoot strike,RFS）和非后足觸地（non-rearfoot strike,NRFS）模式下慢跑的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),選取1例踝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍在總體1倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為有限元分析的邊界條件和載荷,建立三維足踝有限元模型,并予以驗(yàn)證。對(duì)2種觸地模式下足踝結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬,分析在不同觸地模式中踝關(guān)節(jié)軟骨的接觸應(yīng)力、韌帶拉力、足底壓力及骨的應(yīng)力分布。結(jié)果距上關(guān)節(jié)面軟骨最大接觸應(yīng)力出現(xiàn)在NRFS的緩沖最低點(diǎn),峰值為7.41 MPa。在RFS沖擊時(shí)刻,距上關(guān)節(jié)面軟骨接觸應(yīng)力最小,峰值為2.47 MPa。在RFS沖擊時(shí)刻,足底壓力峰值分布于足底的足跟后方區(qū)域,2種模式下足底壓力峰值都出現(xiàn)在最大垂直地反力（ground reaction force,GRF）時(shí)刻。緩沖最低點(diǎn)的第1主應(yīng)力最大峰值均出現(xiàn)在舟骨,RFS中更明顯。NRFS模式下足底筋膜受力大于RFS模式。結(jié)論 2種模式距上關(guān)節(jié)面軟骨上接觸應(yīng)力... 

【文章來(lái)源】：上海體育學(xué)院學(xué)報(bào). 2020,44(12)北大核心CSSCI

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足踝有限元模型與加載

(3）邊界條件與載荷。選取1名志愿者的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元模擬，該志愿者踝關(guān)節(jié)角度在樣本（n=8）平均值1倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)。由于研究中動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的采集使用了更高的采樣頻率，為保證時(shí)刻劃分準(zhǔn)確，有限元分析的加載時(shí)刻通過(guò)GRF的曲線特征結(jié)合膝關(guān)節(jié)角度變化選取。分別選取RFS和NRFS中a、b、c、d、e 5個(gè)時(shí)刻代表觸地過(guò)程中的沖擊、緩沖和蹬伸進(jìn)行有限元分析。如圖4所示：a時(shí)刻為RFS垂直GRF的第一峰值時(shí)刻，代表RFS時(shí)足踝受到?jīng)_擊的時(shí)刻；b、d時(shí)刻分別為RFS和NRFS的緩沖最低點(diǎn)；c、e時(shí)刻分別為RFS和NRFS的蹬伸最大垂直GRF時(shí)刻。其中，邊界條件為限制模型中脛骨、腓骨上端的6個(gè)自由度，載荷為施加GRF從模型地板下方向足部壓力中心點(diǎn)位置施加，跟腱力以集中力的形式施加在跟骨結(jié)節(jié)上方（圖1）。(4）有限元分析計(jì)算。邊界條件與載荷設(shè)定完成后，對(duì)各個(gè)狀態(tài)下足踝有限元模型進(jìn)行計(jì)算，在Abaqus 6.14軟件中采用通用靜力學(xué)算法完成。計(jì)算完成后提取計(jì)算結(jié)果中骨結(jié)構(gòu)的米塞斯（Von Mises）應(yīng)力，關(guān)節(jié)面軟骨和足底軟組織的接觸應(yīng)力以及韌帶、足底筋膜truss單元上的拉力進(jìn)行分析。

距上關(guān)節(jié)面軟骨上的接觸應(yīng)力分布總體趨勢(shì)呈現(xiàn)外、后側(cè)高于前、內(nèi)側(cè)的分布規(guī)律。其中：關(guān)節(jié)軟骨面最大接觸應(yīng)力出現(xiàn)在NRFS的緩沖最低點(diǎn)（d時(shí)刻），接觸應(yīng)力峰值為7.41 MPa；在RFS模式的沖擊時(shí)刻（a時(shí)刻），距上關(guān)節(jié)面軟骨接觸應(yīng)力最小，峰值為2.47 MPa;NRFS的緩沖最低點(diǎn)（d時(shí)刻）距上關(guān)節(jié)接觸應(yīng)力分布較其他時(shí)刻更靠近關(guān)節(jié)面的前部區(qū)域。距上關(guān)節(jié)面軟骨接觸應(yīng)力及分布見(jiàn)圖5。圖4 有限元分析選取的時(shí)刻


本文編號(hào)：3116307