In English

Modellering och Simulering av Benmuskulatur Inför Fordonskrock

Modeling and simulation of active leg muscles in a pre-crach scenario

Niklas Blomgren ; Erik Eliasson ; Joakim Ericson ; Oskar Lundahl
Göteborg : Chalmers tekniska högskola, 2013. Kandidatarbete / Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola, ISSN 1654-4676; 2013:08, 2013.
[Examensarbete för kandidatexamen]

Syfte: Målet med detta projekt var att implementera musklerna på de nedre extremiteterna, i den fullskaliga, virtuella humanmodellen (THUMS) i finita element-programmet LS-Dyna. Modellen ska kunna användas i simuleringar av pre-crash scenarior varför musklerna ska vara aktiva och generera krafter mycket nära verkligheten. Metod: Projektet fokuserade på de musklerna som styr flexion och extensionsrörelserna i knä- och höftleden. Musklerna modellerades som endimensionella Hill-element som syftar till att vara en god approximation av hur muskler fungerar. Varje muskel modellerades som minst ett Hill-element där muskler med större utbredning delades upp i flera element för att förbättra approximationen med endimensionella element. För att få alla muskler att dra åt rätt håll modifierades knä- och höftled. Muskeldata för hur mycket kraft musklerna genererar erhölls genom att skriva ett program i MATLAB som genererade kurvor för hur kraften varierar beroende på längd och hastighet (s.k. kraft/längd- och kraft/hastighet-kurvor). Simuleringar där endast en muskel åt gången applicerades på THUMS genomfördes för att säkerställa att musklerna genomförde önskad rörelse. För att undersöka om musklerna genererade rätt moment runt lederna för respektive rörelseriktning fästes fjäderelement i skelettet från vilka kraften, och därmed momentet, senare avlästes. Detta jämfördes mot tidigare studiers resultat för hur mycket moment och kraft musklerna genererar runt lederna respektive mot bilgolvet. Resultat: Simuleringar av enskilda muskelelement visade att samtliga 15 modellerade muskler utförde förväntade rörelser. Simuleringen visar tydlig att musklernas aktivering gör att modellen pressar fötterna framåt och snett nedåt likt den förväntade rörelsen vid nödbromsning. Musklerna har verifierats till att generera rätt moment, i respektive rörelseriktning, i positioner nära ursprungspositionen. Men desto större avvikelsen är från ursprungspositionen, desto större blir felet mot det förväntade momentet. Kraften som modellen genererar mot ett fiktivt bilgolv är likt vad som förväntas vid jämförelse med tidigare studier. Slutsats: Humanmodellen THUMS lämpar sig för modellering enligt Hill-modellen av aktiv muskulatur i de nedre extremiteterna. Muskelelementen som implementerats fungerar och genererar rätt moment vid små vinkeländring. Med detta resultat uppskattas musklernas infästningar och utbredning vara rimligt approximerade. Projektets syfte med att implementera fungerande, aktiva muskler på humanmodellen är uppfyllt.

Nyckelord: Muskelmodellering; Nedre extremiteterna; Humanmodell; THUMS; Muskelaktivering; Finita element



Publikationen registrerades 2013-07-01. Den ändrades senast 2013-07-01

CPL ID: 179557

Detta är en tjänst från Chalmers bibliotek