舱外航天服手套对手指力学影响的仿真研究.pdf

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1、第30卷第4期生物医学工程学杂志Vo1．30No．42013年8月JournalofBiomedicalEngineeringAugust2013舱外航天服手套对手指力学影响的仿真研究*李倬有丁立△岳国栋(北京航空航天大学生物与医学工程学院，北京100191)摘要：受到舱外航天服手套(EVAglove)关节处余压(航天服内外的压差)和编织物挤压的影响，航天员舱外作业时手部力量下降明显，严重降低了力学工效。为了解航天员在舱外作业时手套余压对手部肌肉和关节的力学影响，本文对手部抓握动作的运动解剖学和生

2、物力学特点进行了分析，建立了食指抓握模型，即指骨关节采用铰链连接，有7块肌肉作为手指抓握动力单元，并采用Hill肌肉模型计算。使用ANSYS建立了包含骨骼、肌肉在内的食指及手套的三维有限元静力模型，并验证了此模型。应用此模型计算戴有不同尺寸手套情况下的肌肉力，结果表明，在手套余压的影响下，要达到裸手正常抓握时手指对物体的压力，手指肌肉应力需增大到正常情况的5．4倍，手指抓握力大部分被用于克服手套余压的影响。且手套与手指的间隙越小，余压对手指肌肉的力学影响就越小。本文的研究结果对航天员手套设计提供了

3、一定的理论依据。关键词：舱外航天服手套；手指模型；余压；有限元建模中图分类号R852；R318．01文献标志码A文章编号1001-5515(2Ol3)04-0767-05DOI：10．7507／1001-5515．20130145StudyofMechanicalEffectsoftheEVAGloveonFingerBasewithFiniteElementModelingLiZhuoyouDingLiYueGuodong(SchoolofBiologicalScienceandMedicalE

4、ngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，C^ina)Abstract：Thehandstrengthofastronauts，whentheyareoutsidethespacecapsule，ishighlyinfluencedbythere—sidualpressure(thepressuredifferencebetweeninsidepressureandoutsideoneofthesu

5、it)ofextravehicularactivityspacesuitgloveandthepressureexertedbybraidedfabric．Thehandstrengthdecreasessignificantlyonextravehicu—laractivity，severelyreducingtheoperationefficiency．Tomeasuremechanicalinfluencecausedbyspacesuitgloveonmuscle—tendonandjoi

6、nts，thepresentpaperanalyzesthemovementanatomyandbiomechanicalcharacteristicsofgripping，andthenproposesagripmode1．Withphalangealjointsimplifiedashinges，sevenmusclesasafingergripenergyunit，theHillmusclemodelwasusedtocomputetheeffects．WealsousedANSYSinth

7、isstudytOestablisha3-Dfiniteelementmodelofanindexfingerwhichincludedbothhonesandmuscleswithglove，andthenweverifiedthemode1．Thismodelwasappliedtocalculatethemusclestressinvarioussituationsofbarehandsorhandswearingglovesinthreedifferentsizes．Theresultss

8、howedthatinordertoachievenormalgripstrengthwiththeinfluencecausedbysuperfluouspress，thefinger’SmusclestressshouldbeincreasedtO5．4timesofthatinnormalsituation，withmostofthefingergripstrengthusedtOovercometheinfluenceofsuperfluouspressure．Whenth