主动骨骼肌的本构模型综述、比较及在新型连续体肩关节模型中的应用

肩关节是人体中功能和解剖结构最复杂的关节系统之一。复杂的运动模式以及高度活动关节的稳定都依赖于各组成部分之间复杂的三维相互作用。基于连续体的有限元模型能够捕捉这种复杂性，因此在肩关节生物力学中尤为重要。考虑到骨骼肌作为主动关节稳定器和力生成器的作用，它们在本构描述方面需要特别关注。在本工作中，我们提出了一种用于在复杂肌肉骨骼系统中建模主动骨骼肌的本构描述，重点是一种新型连续体肩关节模型。我们全面综述了现有的材料模型，然后详细分析其中三种：主动应力法、主动应变法和广义主动应变法。为了建立比较基础，我们根据在各种主动和被动加载条件下获得的实验应力-应变数据确定了材料参数。我们从数学和生理学角度讨论了纳入主动收缩行为的概念，处理数学公式产生的解析和数值挑战，并从生理正确性和人类肩关节建模相关性的角度分析了所包含的力生成生物物理原理。基于这些见解，我们提出了一种改进的本构模型，结合了所研究模型中最有前景和相关特征。以梭形肌为例，我们研究了主动等长收缩和自由收缩过程中的力生成、变形和运动学。最终，我们展示了所建议的材料模型在新型连续体肩关节力学模型中的应用。