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有限元分析立定跳远状态时不同摆臂动作和触地姿势的膝关节损伤 被引量：1
1
作者 潘正晔 马勇 郑伟涛 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2023年第36期5778-5783,共6页
背景:立定跳远是人体跳跃时常采用的标准动作,同时也是下肢爆发力训练的主要项目之一。大量研究表明,起跳过程中的摆臂动作及触地时足部采用外八姿态能够增加跳跃距离,但鲜有研究关注触地过程中的膝关节损伤。目的:探讨立定跳远不同摆... 背景:立定跳远是人体跳跃时常采用的标准动作,同时也是下肢爆发力训练的主要项目之一。大量研究表明,起跳过程中的摆臂动作及触地时足部采用外八姿态能够增加跳跃距离,但鲜有研究关注触地过程中的膝关节损伤。目的:探讨立定跳远不同摆臂动作和触地姿势下双侧半月板和股骨软骨的应力及应力分布特征。方法:招募8名男性大学生进行立定跳远试验,试验中分自由摆臂和限制摆臂起跳、踝关节正常姿态和“外八”姿态触地4种情况,采集跳跃过程中的运动学数据和地面反作用力,通过逆动力学计算获取膝关节反力作为边界条件和荷载。基于1名受试者的膝关节MRI图像,建立膝关节三维有限元模型,对立定跳远触地过程进行数值模拟。结果与结论:(1)摆臂动作与踝关节姿态对膝关节运动学特征的影响存在交互作用,限制摆臂与改变踝关节触地姿态均会对膝关节在矢状面、额状面上的运动学特征产生显著影响(P<0.001,P<0.001);(2)限制摆臂+正常姿态触地与自由摆臂+正常姿态触地时的双侧软骨接触较为均匀,限制摆臂+外八姿态触地和自由摆臂+外八姿态触地的应力集中均发生在软骨内侧而外侧接触较少,内侧软骨较外侧受到更大的冲击;摆臂动作+外八姿态触地时,股骨软骨接触应力峰值(8.89 MPa)和半月板接触应力峰值(10.71 MPa)均较低;限制摆臂+外八姿态触地时,股骨软骨接触应力峰值(13.11 MPa)和半月板接触应力峰值(11.23 MPa)均较高;(3)结果显示,正确的摆臂动作配合适当程度的踝关节“外八”姿态落地,能够减小膝关节的损伤风险;当踝关节以“外八”姿态触地并限制跳跃过程中的摆臂动作时,会使股骨软骨的接触应力显著增大,可能提高膝关节损伤风险。 展开更多
关键词 立定跳远 运动控制 摆臂动作 有限元分析 膝关节损伤
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四种方向单腿跳膝关节应力分布特征的有限元分析 被引量：4
2
作者 潘正晔 马勇 +2 位作者 王虹 蔺世杰 郑伟涛 《中国康复医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1038-1043,共6页
目的:探讨单腿跳不同方向对膝关节交叉韧带、软骨及半月板应力分布特征的影响。方法:采集8例受试者进行单腿前跳、单腿内侧跳、单腿外侧跳以及单腿垂直跳的运动学数据和地面反作用力,通过逆动力学计算获取膝关节反力作为边界条件和荷载... 目的:探讨单腿跳不同方向对膝关节交叉韧带、软骨及半月板应力分布特征的影响。方法:采集8例受试者进行单腿前跳、单腿内侧跳、单腿外侧跳以及单腿垂直跳的运动学数据和地面反作用力,通过逆动力学计算获取膝关节反力作为边界条件和荷载,并基于膝关节三维有限元模型对单腿跳触地过程进行数值仿真。结果:不同方向的单腿跳会使双侧半月板的应力分布、股骨软骨接触应力峰值以及前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)的接触点拉应力发生较大变化。单腿内侧跳的ACL接触点拉应力峰值在四种跳跃方式中最高(28.46MPa/20.76MPa),而单腿垂直跳最低(19.1MPa/14.02MPa),股骨接触点和胫骨接触点分别相差49.64%和48.07%。此外,单腿垂直跳的股骨软骨接触应力峰值与其他3种情况相比较大,达到9.85MPa。结论:单腿垂直跳触地过程中ACL接触点拉应力峰值较低,可以作为前交叉韧带术后康复训练的评价指标和训练手段,但在实际运动过程中应注意患者膝关节附近肌群的肌力训练,以及下肢的协调性和稳定性训练,以防止触地过程中软骨和半月板的急性和慢性损伤。 展开更多
关键词 前交叉韧带重建 单腿跳 膝关节 有限元 康复训练
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深蹲动作下三连杆模型的对比分析 被引量：3
3
作者 潘正晔 王虹 +1 位作者 蔺世杰 郑伟涛 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期658-664,共7页
目的探讨三连杆模型用于深蹲动作互动动力学分析的合理性,明确三连杆模型与Visual 3D计算关节力矩的差异来源。方法选取8名受试者,通过Vicon获取深蹲动作运动学数据,采用拉格朗日第二类方程建立三连杆动力学方程,基于Mathematica编程计... 目的探讨三连杆模型用于深蹲动作互动动力学分析的合理性,明确三连杆模型与Visual 3D计算关节力矩的差异来源。方法选取8名受试者,通过Vicon获取深蹲动作运动学数据,采用拉格朗日第二类方程建立三连杆动力学方程,基于Mathematica编程计算获取关节力矩,与Visual 3D下肢链节段模型计算结果进行对比分析,并采用复相关系数(coefficient of multiple correlation,CMC)评价两者的相似程度。结果8名受试者髋、膝关节CMC均大于0.85,踝关节CMC在0.50~0.85之间,三连杆动力学方程和Visual 3D计算的关节力矩在髋、膝关节处高度相似,在踝关节处仅呈现中度相似性。结论三连杆模型可用于深蹲动作的关节力矩分析以及进一步的环节互动动力学分析,但应当考虑由地面反作用力引起的互动力矩(外力矩)对踝关节力矩的影响。 展开更多
关键词 深蹲 三连杆模型 关节力矩 互动力矩
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预期条件下不同侧切角度膝关节应力状态的有限元分析 被引量：5
4
作者 潘正晔 马勇 +2 位作者 耿治中 蔺世杰 郑伟涛 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期762-768,共7页
目的探讨预期条件下不同角度侧切触地过程中膝关节运动学、地面反作用力(ground reaction force,GRF)特征以及软骨、半月板的应力状态。方法采集14名受试者在预期条件下分别进行45°、90°和135°侧切时的运动学和GRF数据,... 目的探讨预期条件下不同角度侧切触地过程中膝关节运动学、地面反作用力(ground reaction force,GRF)特征以及软骨、半月板的应力状态。方法采集14名受试者在预期条件下分别进行45°、90°和135°侧切时的运动学和GRF数据,通过Visual 3D逆动力学计算获取膝关节反作用力,基于膝关节三维有限元模型分别对3种侧切角度下触地过程进行数值仿真。结果预期条件下3种侧切角度在触地过程中的膝关节运动学特征存在显著性差异(P<0.001),膝关节屈曲程度随侧切角增大而增加;垂直GRF随侧切角增加而显著减小(P<0.001),水平GRF呈现出相反的趋势;3种侧切角度下,90°侧切时髌骨软骨以及股骨软骨接触应力峰值较大,前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)接触点主应力峰值较大,其次为135°和45°侧切;3种侧切角度下,外侧股骨软骨接触应力峰值均大于内侧。结论 90°侧切运动时膝关节损伤风险更大,135°侧切时膝关节内部的应力状态与90°侧切相比较为良好。预期条件下膝关节损伤风险并不随侧切角增大而升高。 展开更多
关键词 侧切角度 膝关节 应力 有限元分析
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不同雷诺数下速滑运动员阻力特性研究及减阻服装建议 被引量：2
5
作者 蔺世杰 郑伟涛 +5 位作者 马勇 潘正晔 刘莉 马丽然 蒙延荣 刘干 《北京服装学院学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第4期1-8,共8页
为探明不同雷诺数下速滑运动员直道姿态阻力特性,提升减阻服装面料布置和结构设计的效率,基于国家速度滑冰队员直道姿态的扫描数据逆向工程建模,采用CFD方法利用SST k-ω 湍流模型求解雷诺数在3×10^(5)~5×10^(5),不同速度时... 为探明不同雷诺数下速滑运动员直道姿态阻力特性,提升减阻服装面料布置和结构设计的效率,基于国家速度滑冰队员直道姿态的扫描数据逆向工程建模,采用CFD方法利用SST k-ω 湍流模型求解雷诺数在3×10^(5)~5×10^(5),不同速度时运动员周围空气流场并分析运动员表面阻力特性。结果表明:速度滑冰直道姿态压差阻力占95%左右,摩擦阻力占5%,随雷诺数的增加,摩擦阻力占比有减小的趋势;压力主要集中在头部上侧、肩部、大臂区、大腿和小腿迎流区域。小腿外侧是减阻面料和版型设计的聚焦区域,脚踝减阻设计也不可忽略;大腿部位减阻面料应着重考虑大腿两侧的减阻设计;减阻服装连衣帽减阻应考虑头部靠后并非头部的两侧。 展开更多
关键词 速度滑冰 阻力特性 压力系数 减阻服装
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冰雪运动对运动生物力学基础研究和应用技术的挑战 被引量：2
6
作者 霍波 蒋量 +5 位作者 孙青 陈雪 黄毅 高先智 潘正晔 刘程林 《北京体育大学学报》 CSSCI 北大核心 2022年第1期45-55,共11页
我国冰雪运动的发展历史较短,比赛成绩远低于冬季运动强国,亟需应用先进的科研方法和技术装备实现科学化训练,提升训练水平。因此,围绕影响运动表现的人机环相关因素,着重分析冰雪运动对生物力学基础研究和应用技术提出的挑战,并综述国... 我国冰雪运动的发展历史较短,比赛成绩远低于冬季运动强国,亟需应用先进的科研方法和技术装备实现科学化训练,提升训练水平。因此,围绕影响运动表现的人机环相关因素,着重分析冰雪运动对生物力学基础研究和应用技术提出的挑战,并综述国内外的相关研究进展和发展趋势。1)针对部分冰雪运动远距离、大范围、快速移动等复杂现场条件,介绍了用于运动学、动力学及生理学参数监测和分析的技术和装备。2)围绕冰雪运动专项动作训练中对于体能准备、损伤康复的需求,介绍了基于骨骼肌肉模型的人体动力学分析的研究成果。3)鉴于冰雪运动项目中运动员高速移动的特性,介绍了空气动力学实验和数值模拟的研究进展。未来解决这些关键问题和技术难题,将极大地推动冰雪运动科技和竞技水平的发展。 展开更多
关键词 冰雪运动 运动学 动力学 生理监测 空气动力学
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