مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

توسعه و کالیبراسیون معادلات ساختاری سه بعدی برای توصیف رفتار غیرفعال غیرخطی ماهیچه‌های اسکلتی در تغییر شکل‌های بزرگ چند محوری

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 استادیار دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
مدلسازی مناسب رفتار ماهیچه های اسکلتی بدن با توجه به ساختار آناتومیک پیچیده و خواص مکانیکی غیرخطی و شرایط بارگذاری همواره از جمله مسائل مهم مورد توجه مدل‌سازی در زمینه بیومکانیک بوده است. اغلب مدل‌های موجود برای توصیف روابط ساختاری ماهیچه ها‌ی اسکلتی بر پایه‌ مدل یک‌بعدی و سه المانی هیل می‌باشند. در مقاله‌ حاضر مدل سه‌بعدی ساختاری بر پایه‌ ‌فرض رفتار هایپر الاستیک و تعریف یک تابع انرژی مناسب و مشتق‌گیری از آن جهت تعیین تنش‌های دوم پایولا و کوشی برای توصیف رفتار غیر ارادی ماهیچه اسکلتی ارائه شده است. روابط ساختاری به کار رفته تعمیمی نوین و کارامد از مدل هامفوری و یین برای توصیف رفتار غیر فعال ماهیچه‌ی اسکلتی می‌باشدکه به صورت سه بعدی برای مود‌های مختلف تغییرشکل ماده اعم از کشش ساده، تست کشش دو بعدی و شش حالت تست برشی بررسی شده و مقدار بهینه پارامترهای ثابت ماده برای هریک از این مودها با استفاده از الگوریتم ژنتیک محاسبه شده است. نهایتا مدل ساختاری ارائه شده در هریک از مودهای تغییرشکل با نتایج تجربی موجود مقایسه شده و کارایی و دقت آن نشان داده شده‌ است. همچنین به منظور یررسی مزیت این مدل نسبت به دو مدل شناخته شده‌ هایپرالاستیک آگدن و مونی-ریویلین که معمولا برای توصیف رفتار هایپرالاستیک مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند نتایج با نتایج حاصل از به کارگیری مدلهای قبلی مقایسه شده و تطبیق بسیار بهتر مدل ارائه شده از دو مدل مفروض با نتایج تجربی نشان داده شده ‌است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Development and Calibration of 3D Constitutive Equations for Nonlinear Passive Multi-Axial Finite Deformations of Skeletal Muscles

نویسندگان English

Sanaz Saadatmand Hashemi 1
Masoud Asgari 2
چکیده English

Skeletal muscles simulation remains a controversial topic as a result of its complex anatomical structure and mechanical characteristics such as nonlinear material properties and loading conditions. Most of the current models in the literature for describing the constitutive equations of skeletal muscles are based on Hill's one-dimensional, three element model. In this paper a 3D constitutive model which is based on the hyper elastic behavior of skeletal muscle and energy function has been presented. By using the derivatives of such energy function for defining the Second Piola and Cauchy stresses, we able to describe the inactive behavior of skeleton muscles. The applied constitutive equations are an efficient generalization of Hamphury's model for the inactive behavior of skeletal muscle. In this paper using a 3D model, different modes of deformations of skeletal muscle such as simple tension, biaxial and shear tests has been investigated and material properties constants for each modes of deformation has been optimized by Genetic algorithm. Finally the results of the model simulations of each mode are compared with those obtained from experimental tests. Also, the model results are compared with the ones from two well- known hyper elastic Ogden and Mooney-Rivilin models in order to show the priority of the new developed 3D model to those aforementioned models has been shown.

کلیدواژه‌ها English

3D Constitutive Model
Passive Hyperelastic Behavior
Multi-axial Test
Skeletal muscles