Университет Szent István КИНЕТИКА И КИНЕМАТИКА НА КОЛЕНАТА СВЪРЗАНА ПО ВРЕМЕ НА РЕАЛНОТО КЛЕЧЕНЕ

Университет Szent István КИНЕТИКА И КИНЕМАТИКА НА КОЛЕНАТА СЪВМЕСТЕНА ПО ВРЕМЕ НА ИСТИНСКИ БРЕЗИ

университет

Име на докторантското училище: Дисциплина: Ръководител: Ръководител: Съвместен ръководител: Докторантско училище по технически науки Селскостопанско инженерство д-р Ищван Фаркаш Професор, доктор на Унгарската академия на науките Университет Сент Иштван, Факултет по машиностроене Катедра по екологични системи M. Csizmár д-р Bsiz кандидат на техническите науки Университет Szent István, Факултет по машиностроене Институт по механика и машиностроене Gödöllő д-р Patrick De Baets професор, Университет в Гент, Факултет по инженерство и архитектура Soete Gent Одобрение на ръководителя на училище. Одобрение на ръководителя

Съдържание 1 Научен опит, цел. 1 1.1 Въведение. 1 1.2 Формулиране на изследователската задача. 1 1.2.1 Анализ на ефекта от натоварванията. 1 1.2.2 Кинематични условия в колянната става. 2 2 Аналитично-кинетичен модел за анализ на ефекта от товара. 3 2.1 Проблеми с моделирането. 3 2.2 Математическа формулировка на аналитично-кинетичния модел. 6 2.2.1 Общата система за гранични условия на модела. 6 2.2.2 Механично-кинетичният модел. 7 2.2.3 Изчисляване на силите. 9 2.2.4 Забележка. 11 3 Експериментално определяне на параметрите на модела. 12 3.1 Цел на експеримента. 12 3.2 Процесът на измерване. 12 3.3 Редактиране на измерваните количества. 14 3.4 Забележка. 15 4 Числено моделиране на кинематични връзки в коляното. 16 4.1 Проблеми с моделирането. 16 4.2 Математическа формулировка на числено-кинематичния модел. 19 4.2.1 Общата система за гранични условия на модела. 19 4.2.2 Специалната система за гранични условия на модела. 19 4.2.3 Изчислителен метод на числено-кинематичния модел. 20 5 Резултати. 24 5.1 Аналитични резултати върху ефекта от товара. 24 5.2 Резултати за числено-кинематичния модел. 30 6 Нови научни резултати. 32 7 Списък на професионалните публикации. 36

Тук обаче двете уравнения пристигнаха при трите сили, така че самите сили не можеха да бъдат определени независимо една от друга, освен ако дадена сила, номинално силата в квадрицепсите на бедрената кост, не се считаше за постоянна. Поради този подход промяната в силата на самия мускул на квадрицепса не е проучена. Тогава целта ми е да създам аналитичен модел, при който пателофеморалните и тибиофеморалните сили могат да се определят независимо като функция от ъгъла на огъване. ВЪПРОС 9: Изследваме ли ефекта от хоризонталното изместване на линията на тежестта върху кинетиката на клякането? Отговор: Въпросът за ефекта от промяната на тежестта върху пателофеморалните сили е повдигнат за първи път от Bishop и Denham. В техния модел силите са изследвани в две позиции (с различни гравитационни линии), въз основа на които е отбелязано, че пателофеморалните сили могат да бъдат намалени наполовина с няколко сантиметра наклон. Тяхното проучване подчертава значението на параметъра, но нито те, нито други автори са провели допълнителни изследвания в това отношение. Поради пълната откритост на въпроса и позоваването на предишни автори, разглеждането на този параметър в аналитичния модел е от решаващо значение. 5

НАИМЕНОВАНИЕ НА ИМЕТО НА ПАРАМЕТРА ЗАВИСИ ОТ ЪГЪЛ Дължина на пищяла l 10 Не Дължина на бедрената кост l 30 Не Дължина на пателарната лента lp Не L Разстояние между оста на пищяла и tuberositas tibiae l Не Разстояние между оста на бедрената кост и квадрицепсите на бедрената кост lf Няма разстояние A секция на тиб B l 1, измерено от точка Да. Дължината на бедрената кост, измерена от точката B l 3 Да, изрязана от центъра на тежестта. Ъгъл между пателарния лигамент и оста на пищяла β Да Ъгъл между центъра на тежестта и оста на пищяла γ Да Ъгъл между центъра на тежестта и оста на бедрената кост δ Да Ъгъл между тибио-бедрената сила и оста на тибията φ Да Ефект върху силата в квадрицепсите и оста на бедрената кост ψ Не Таблица 1: Параметри на механичния модел 8

2.2.3 Изчисляване на силите Целта на механичния модел е да изчисли силите в колянната става, пателофеморалната компресивна сила (F pf), силата в пателарната връзка (F pt), силата в квадрицепсите (F q ) и тибиофеморалната сила (F tf) се определя аналитично в затворена форма като функция от ъгъла на огъване. За механично изследване моделът се разделя на части и изоставените части се заменят със сили. Фигура 2 показва разглобената структура. Фигура 2: Фигура на свободното тяло (a, b, c) Първо пиша уравнението на равновесния въртящ момент по оста z, преминаваща през точка B (Фигура 2-a): = 0 = l + l BW sinγ 1 M B1z p F pt sin β l F t pt cos β, изразено от уравнение (3.1), силата в пателарната лента може да бъде определена: pt l1 (α) sinγ = BW l sin β + l cos β pt (3.1) F (3.2) 9

Fq BW (α γ (α) (α) λ3 (α) sin) λ = (3.9) Условието ψ = 0 означава, че отчитам линията на действие на силата в четириглавия мускул на бедрото и оста на бедрената кост да бъде успоредна една на друга по време на движението. Тази литература също е общоприето приближение. И накрая, пиша скаларни уравнения, интерпретирани в координатната система xy (Фигура 2-b): f (γ + β () Fpf x ix = 0 = Fq () sinδ + Fpt sin α) F + α (3.10) (γ + β () Fpf y iy = 0 = Fq () cosδ Fpt cos α) F + α (3.11) От уравненията (2.10) и (2.11) може да се определи компонентът на пателофеморалната сила на натиск в посоките x и y, а от тях неговата величина: Fpf (α) = GF BW + F 2 2 pf x pf 2 2 Fq (α) + Fpt 2 Fq Fpt cos (β + δ + γ) 2.2.4 Забележка G y = (3.12) Използвайки механичния модел, търсената обща сила я изразих в затворена форма, но уравненията включват седем параметъра (λ 1 (α), λ 3 (α), λ p, λ t, λ f, β (α), γ (α)), без които моделът не може да бъде решен. Експерименталното определяне на тези параметри е обсъдено в следващата глава на моята докторска дисертация. 11.