【生物力學】CAE模擬重負荷對人體脊柱的影響 發佈日期 2022-11-24
如何知道你每天背的背包是否在傷害你的背部？
這是美國一名高中生—— Anish Sarkar，正在煩惱的問題。他認為這是一種無形的流行病，希望通過了解最恰當地背負重物來減輕身體負擔，並防止受傷。
Sarkar應用 Ansys Mechanical，Ansys Space claim，Ansys Workbench 和 Ansys Granta 對各種背包類型和佩戴方式進行模擬分析，研究背包對身體結構造成的影響。
Sarkar在模擬中使用了三個模型：1. 是使用Ansys Space Claim創建的基本脊柱和胸腔模型，2. 在網上找到的兩個骨骼模型，3. 以肌肉為中心的人體模型。
Sarkar used three base models to prepare his simulation: a basic model that he created with Ansys SpaceClaim (left);
a skelton model he found online(center); and a muscle-only human body model he also found online (right).
使用 SpaceClaim 改裝在線模型，在Mechanical中為三個模型生成個網格。接下來，為每個模型添加了壓力點，以指示背包的壓力和重量在每個場景中的位置。
壓力點的位置會隨著背包類型和背帶長度的不同而變化，壓力的大小也會隨著背包重量的不同而變化。他使用 Ansys Granta MI 為模擬設置有機材料屬性。
利用 Mechanical 分析模型在施加壓力後的整體變形。這以兩種方式表示：數字和顏色。數字表示幫助 Sarkar 確定該場景是否可行。例如，如果變形值很大，
那麼現實生活中的場景就會讓人感到腰酸背痛。顏色表示用於可視化模型上的變形。
Simulation results in Mechanical and deformation on spine models refitted in SpaceClaim.
CAE模擬成果
從 Sarkar 的模擬結果可以看出，單肩背著傳統背包變形最大，除非包很輕，否則不利於健康。對於雙背帶的背包，他認為“高背帶”會導致身體變形最嚴重，因為這樣做會導致壓力積聚到上半身，這種壓力會導致一個人身體前傾。如果長期維持這個姿勢，由於“肌肉記憶”，即使沒有背包也可能會身體前傾，形成所謂“駝背”。最健康的選擇是在“低肩帶水平”雙肩背負背包，這樣背包的壓力和重量就會平均分佈在背部。
對於重量這項參數，Sarkar得出結論，背包重量應在10-20磅之間（具體取決於體重），當重量超過20磅時變形會顯著增加。
Generated mesh and resultant deformation on muscle models in Mechanical.
資料來源 Ansys Inc
