马拉松跑步是田径运动项目中的超长距离跑步,是需要耐力和技术的一项运动。跑步过程是一个动态持续的过程,即从脚掌撑地,缓冲腾空到蹬伸阶段过程肌肉的收缩和舒张不断带动人体各关节运动,肌肉的长期收缩和舒张会造成肌肉的疲劳。因为长跑运动产生的肌肉损伤现象甚多,但目前国内针对长跑的下肢骨骼肌肉系统的研究相对比较空白,没有针对肌肉疲劳防护的产品,研究人体运动状态下的防护必将成为运动防护的一种研究趋势。本论文以研发长跑状态下肢肌肉疲劳进行定量防护裤为课题研究目标,利用有限元软件进行仿真模拟,获得长跑运动的定量防护参数,制作对人体下肢骨骼肌肉系统具有定量防护作用的防护裤并加以验证。1.长跑运动下肢骨骼肌肉疲劳的分析结合长跑运动下肢骨肌系统容易出先的肌肉疲劳现状,结合人体解剖学和生物力学的角度,对在跑步运动中人体下肢肌肉的收缩舒张现象进行分析,并进一步分析了下肢骨骼肌肉在跑步中产生疲劳的原因。2.长跑运动情况下肢肌肉疲劳和防护模型的建立利用Mimics建立人体下肢肌肉的基础模型;由magic对模型进行处理得到下肢肌肉的三角面模型,再经过Hyperworks生成虚拟模型,从而获得了静态人体下肢骨骼肌肉系统。通过动态捕捉系统及三维测力台并结合动力学相关公式和人体质量比例,计算得到胫骨、股骨以及地面的反作用力。通过肌肉力优化模型计算在一个步态周期内下肢各块肌肉的肌肉力。通过ABAQUS在骨骼肌肉系统的表面施加一定的载荷作为骨骼以及各块肌肉的力,而在各块肌肉表面则施加不同的载荷作为防护载荷,在有限元软件中对下肢骨骼肌肉系统的应力静态分析,最终获得步态周期中人体下肢骨肌系统的模型,并以此计算容易发生肌肉疲劳的部位。通过表面肌电图,获取肌电信号,根据时域和频域分析来判定肌肉疲劳,获取疲劳状态下步态周期进行的次数,利用ABAQUS建立下肢骨肌的疲劳模型,并建立不同效果的定量防护模型。3.长跑运动防护服装的开发及验证将通过实验设备以及肌肉力模型获得力不断作用于下肢骨骼肌肉系统,同时在人体下肢各块肌肉上施加防护载荷,模拟人体下肢不同肌肉穿着防护裤的作用下,肌肉的疲劳次数和疲劳寿命。结果得到的防护参数可以用于制作防护裤的面料选择。最后将具有定量防护效果的防护参数应用于产品的开发中,制作有定量防护效果的防护裤。再通过表面肌电设备针对有无防护进行信号对比验证,并进一步对长跑运动防护裤进行优化设计。本文构建了一套包含解剖学、生物力学、肌电图技术、计算机模拟技术以及防护运动服装开发的研究体系,具有一定的实用性,并对长跑运动防护裤的研发具有一定的指导意义。