Антропометрическая модель и исследование распределения нагрузки на тазобедренный сустав

Активное электрическое сопротивление при трении двух поверхностей зависит от ряда факторов. Одним из главных факторов является нагрузка на эндопротез человека, от которой зависят: трение, износ и значения выбранного диагностического параметра.

Несмотря на сложность биомеханики сустава (подраздел 1.1.2) сила, действующая на тазобедренный сустав, зависит как от ряда постоянных

показателей: массы, роста и антропометрических данных, так и от ряда динамических: фаза шага, положение тела, угол действия отводящей мышцы и т.д. В связи с этим при моделировании нагрузки на тазобедренный сустав приняты следующие допущения: нагрузка осуществляется при одноопорной фазе шага; сила отводящей мышцы действует под углом 71°; тело находится в вертикальном положении [116, 125].

Для наглядности и иллюстрации параметров от которых зависит сила, действующая на сустав, на рисунке 2.1 представлена схема распределения силы в статике.

LL- длина ноги; LLL- длина голени; A- сила отводящей мышцы;

W = M∙ g- нагрузка тела человека; M- масса человека;

g- ускорение свободного падения; I₁- расстояние от сустава до бедренной кости; F_x, F_y- силы, действующие на сустав

Рисунок 2.1 - Распределение статической силы на сустав

Базируясь на подходе, предложенном в [110], и принимая в расчет силы и моменты относительно нулевой точки, находящейся в соприкосновении с 68

отводящей мышцей и бедренной костью, составлена следующая система уравнений:

где- коэффициент, учитывающий массу ноги, бедра и стопы;

- расстояние от центра коленного сустава до края бедренной кости;

- расстояние от центра коленного сустава до центральной оси;

- угол наклона бедренной кости;

- угол наклона к коленному суставу.

Решение уравнений с учетом указанных углов наклона антропометрических параметров примет вид:

Результаты выполненных расчетов значений статической силы, действующей на тазобедренный сустав по статистическим данным [97, 110, 130] о массе и соотношении антропометрических характеристик человека (длина ноги, голени, рост) с использованием выражений (15 - 17) представлены в таблице 2.1 и приложении А. За основу взяты антропометрические показатели людей, страдающим лишним весом, являющимся предельным случаем и позволяющим оценить максимально возможный диапазон изменения силы, действующей на сустав в статике.

69

Таблица 2.1 - Нагрузка на тазобедренный сустав людей, страдающих

лишним весом

Из представленных результатов расчетов нагрузки, следует вывод, что сила, действующая на тазобедренный сустав, практически прямо пропорциональна массе человека в соответствии с его ростом и антропометрическими показателями, и, учитывая вариативность их значений, может находиться в пределах Fє[1500;4500] Н.

2.3