基于仿真和智能算法骨骼肌超弹性本构参数的反演方法研究1)

李 洋 桑建兵 敖日汗 马 钰 魏新宇

(河北工业大学机械工程学院,天津 300130)

引言

骨骼肌约占生物体重的40%[1],是维持生物基本运动最重要的生理软组织,而骨骼肌的损伤会导致人类行为严重受限,如常见的临床病例:中风、截瘫等[2].在对骨骼肌研究中,软组织的本构关系可能是最基本和最关键的,因为其可以建立可靠的数学或计算模型.由于骨骼肌组织的特殊特性(各向异性[3]、非线性[4]、超弹性[5]、时间依赖性[6]) 的存在,骨骼肌组织的力学特性的表征具有很大的挑战性.全面了解骨骼肌的组成行为,对于更好地了解骨骼肌的生物学特性,提高肌肉疾病和损伤的治疗水平具有重要意义.许多学者进行了大量的实验来研究骨骼肌的生物力学特性,包括压缩[7]、拉伸[8]、应力松弛[9]等.王宝珍等[10]对猪后腿肌肉进行冲击压缩实验,并利用改进后的分离式Hopkinson 压杆技术获取了不同加载方向和不同应变率下的应力应变数据.Mohammadkhah 等[11]对新鲜鸡胸大肌进行了加载方向平行于纤维方向和垂直于纤维方向以及加载方向与纤维方向成45°的单轴准静态压缩和拉伸实验,证明鸡肌肉的力学行为是非线性和各向异性的.B¨ol 等[12]使用3 种不同的加载模式对肌肉组织进行了一系列实验.结果表明,纤维方向对压缩应力有各向异性贡献.如果有可靠的正问题模型,反问题分析是系统的识别材料性质的有效手段[13].Takaza 等[14]证明了反向有限元方法在确定材料性能方面的有效性.Silva 等[15]通过逆……