《振動誘導下人體腰背部肌肉加速疲勞機理及實驗研究》是依託清華大學，由成波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：振動誘導下人體腰背部肌肉加速疲勞機理及實驗研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：成波
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
長時間駕駛所引起的肌肉疲勞是影響駕駛舒適性的重要因素，並使駕駛人腰背痛的發病率增加。汽車振動是駕駛人肌肉疲勞快速發展的關鍵誘因，但其誘發機理尚不明確。本項目擬以駕駛人腰背部肌肉骨髂生物力學系統為研究對象，研究振動誘導下駕駛人腰背部肌肉的神經反饋調節機制和生物力學負載，揭示汽車振動誘發駕駛人疲勞加速發展的內在機理。主要研究內容有：（1）駕駛人肌肉骨骼生物力學模型被動振動特性研究及建模；（2）振動誘導下骨骼肌的腱反射機制及模型化表征；（3）振動誘導下腰背部肌肉系統的神經反饋調節機制；（4）建立考慮神經反饋控制的肌肉骨骼生物力學模型，定量給出汽車振動與駕駛人腰背部肌肉負載的關聯特性。該項目研究將闡釋汽車振動誘發的人體肌肉疲勞加速發展的內在機理，建立基於駕駛人肌肉骨骼生物力學模型的振動仿真研究方法，為定量評價和預測汽車振動工況下的駕駛舒適性奠定理論基礎，為車輛的舒適性設計提供理論依據。
結題摘要
全身振動是駕駛人肌肉疲勞快速發展，腰背痛高發的關鍵誘因，而振動誘導下肌肉在牽張反射作用下發生主動收縮被認為是其內在機理。本項目根據文獻中脊柱椎間剛度的實驗測試數據分析了椎間剛度力學特性，基於混合模型回歸分析的特徵參數優選方法，構建了泛化能力更強的三次非線性轉矩-轉角函式，解決了模型輸入姿勢與關節角不匹配導致求解精度不高的難題。並基於所開發的脊柱肌肉骨骼力學模型，提出了基於最小生物力學負載假設的脊柱關節轉動位移求解算法，實現了任意脊柱彎曲角度下，各椎間關節運動規律的求解；開展SD大鼠活體單根腓腸肌正弦振動牽拉實驗，研究了汽車振動頻率下牽張反射對肌肉回響力的影響。實驗發現，切斷牽張反射神經弧後，肌肉力平均下降20%以上。發現了振動刺激下，肌肉在牽張反射機制的作用下自主收縮以對抗牽張，肌肉的生物力學載荷在被動張力基礎上附加主動收縮力，使得肌肉疲勞加速發展的機理。研究結果顯示，牽張反射反饋控制下，肌肉振動回響力隨肌肉長度變化呈現遲滯阻尼特性，且隨頻率非線性變化。現出頻率依賴非線性的特徵，為牽張反射的神經反饋控制建模提供理論支撐；建立了牽張反射的延時主動反饋控制模型，結合駕駛人腰椎椎間剛度和人-椅接觸系統力學特性建模，構建了考慮肌肉牽張反射頻率依賴非線性的駕駛人振動舒適性仿真模型。模型預測與志願者全身振動暴露實驗豎脊肌肌肉表面肌電測量結果一致，實現了駕駛人腰背部肌肉振動回響的仿真求解，為定量評估駕駛人振動舒適性提供了仿真平台。本項目發表（含已收錄）論文9篇，其中SCI收錄4篇，EI收錄3篇。培養博士後1人，博士研究生3人，碩士研究生1人。
