跳远起跳对膝关节损伤的数值模拟研究

论文摘要

随着国民经济的发展及综合国力的日益强盛,我国体育事业也得到了蓬勃的发展,田径项目已成为发展的前沿项目。跳远是田径运动项目之一,是体育教学大纲要求的必修课,是一项锻炼身体,增强体质的体育运动。它具有技术性强,灵活敏捷,全身各部分都参与活动的特点且易对跳远运动员造成的运动型骨损伤。完整的跳远技术由助跑、起跳、腾空、落地四个阶段组成。如何提高跳远距离和避免运动损伤一直是教练和运动员关注的核心问题。在整个跳远过程中,运动员的身体重心呈现的轨迹属于斜抛运动曲线。跳远起跳技术是影响跳远成绩的最关键环节,起跳使人体总重心的动量发生急剧的变化从而获得腾起速度和腾起角,一定的腾起速度与腾起角基本上决定了跳远的飞行距离,并在很大程度上决定了跳远的成绩。对跳远的运动过程中起跳时的身体的理想倾角等进行了力学分析,得到了最佳起跳角度,为科学地指导训练提供一定的理论依据。通过生物力学分析,得到了在跳远过程中由于人体自然保护薄弱的膝关节的咬合模型,同时膝关节也是在跳远的每个环节中都起到了不可或缺的作用。从力学角度对膝关节成160度到175度角进行损伤分析,应用ANSYS进行了数值模拟,将最直观的图呈现出来,希望可以引起大家足够的重视,在今后的运动和训练中尽量避免膝关节160度角的产生,进而保护运动员尽量避免受到骨力学运动损伤,延长运动员的运动寿命。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 本论文研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容及研究方法
• 2 跳远起跳过程对膝关节损伤的力学机理
• 2.1 膝关节的骨性结构
• 2.2 跳远起跳过程的力学原理
• 2.2.1 跳远的四个过程
• 2.2.2 起跳用力技术及起跳角度力学分析
• 2.3 膝关节损伤的因素分析
• 2.3.1 膝关节损伤的生理学因素分析
• 2.3.2 膝关节损伤的生物力学因素分析
• 2.4 骨的本构关系
• 2.5 小结
• 3 膝关节力学模型建立
• 3.1 三维膝关节刚性咬合模型的一般描述
• 3.1.1 模型的坐标系描述
• 3.1.2 膝关节刚性咬合曲面的数学描述
• 3.2 膝关节刚性咬合韧带力的分析
• 3.2.1 三维膝关节刚性咬合的分析
• 3.2.2 三维膝关节刚性咬合接触力计算
• 3.2.3 三维膝关节刚性咬合模型控制方程
• 3.3 膝关节接触的理论计算
• 3.4 小结
• 4 膝关节运动损伤的数值模拟及预防措施
• 4.1 ANSYS 软件介绍
• 4.2 有限元理论
• 4.2.1 有限元简介
• 4.2.2 有限元接触分析
• 4.3 膝关节损伤数值模型建立
• 4.4 跳远运动膝关节数值模拟及结果分析
• 4.5 预防运动损伤措施
• 4.6 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集