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Institut für Technische und Numerische Mechanik

Biomechanik

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Ganzkörpermodelle mit dynamischen Kontakten

Beschreibung

Die Analyse menschlicher Bewegungen ist eine wesentliche Grundlage biomechanischer Untersuchungen im Leistungssport, in der Arbeitsmedizin, in der Rehabilitation oder in der Unfallforschung. War es lange Zeit üblich, (Teil-)Modelle des menschlichen Körpers als Systeme von starren Körpern zu erstellen, die über Gelenke miteinander verbunden sind, werden inzwischen immer öfter auch die Weichteile des menschlichen Körpers in den Untersuchungen berücksichtigt.

Die Weichteile sind komplexe Strukturen, die über Sehnen an das menschliche Skelett angebunden sind und dabei ein vollkommen anderes Bewegungsverhalten aufweisen als die Knochen - speziell bei plötzlich auftretenden Bewegungsänderungen (Stöße). Während nämlich die Knochen unverzüglich abgebremst werden, beginnen die Schwabbelmassen verzögert zu schwingen. Dadurch werden die Reaktionskräfte in den Gelenken reduziert und beim Auftreten von Stößen wird aufgrund der Verformungen der Weichteile Energie dissipiert.

Ziel dieses Projektes ist es, ein räumliches Schwabbelmassenmodell zu erstellen, das die Dynamik der menschlichen Weichteile abbildet. Um die Vorteile der Methode der Mehrkörpersysteme nutzen zu können wird dabei ein Ansatz verfolgt, bei dem die Weichteile in einzelne Punktmassen aufgeteilt werden (Gitterrostmodelle), die miteinander über Feder- und Dämpferelemente gekoppelt sind. Dadurch können neben den Schwingungen auch die Verformungen berücksichtigt werden. Die Modelle der Weichteile sollen mit Hilfe von Experimenten validiert werden.

Publikationen

  • Gruber, Karin: Entwicklung eines Modells zur Berechnung der Kräfte im Knie- und Hüftgelenk bei sportlichen Bewegungsabläufen mit hohen Beschleunigungen, Tübingen: Universität, Dissertation, 1987.
  • Gruber, Stefan; Schiehlen, Werner; Volle, Andreas: Biomechanical System with Wobbling Masses, Proceedings of the 10th IFToMM World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms, Oulu, Finnland, 20. - 24. Juni 1999, 1805-1810.
  • Guse, Nils: Stoßsimulationen mit Gitterrostmodellen, Diplomarbeit DIPL-83. Stuttgart: Universität, Institut B für Mechanik, 2000.
  • Volle, Andreas; Schiehlen, Werner: Damping of Prosthesis Motions by Soft Parts, Proceedings of the 12th CISM-IFToMM Symposium Ro.Man.Sy 98, Paris, Frankreich, 6. - 9. Juli 1998, 435-442.
  • Volle, Andreas: Ein biomechanisches Modell des menschlichen Körpers, Zwischenbericht ZB-100. Stuttgart: Universität, Institut B für Mechanik, 1998.
  • Volle, Andreas: Abschlußbericht zum DFG-Projekt Homunkulus - Entwicklung eines Modells des menschlichen Körpers, Forschungsbericht FB-39. Stuttgart: Universität, Institut B für Mechanik, 2000.
  • Waller, Heinz; Krings, Wolfgang: Matrizenmethoden in der Maschinen- und Bauwerksdynamik, Zürich: Bibliographisches Institut, 1975.

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