Детальная информация

Объектом исследования является подкожная жировая ткань, предметом — методика настройки её модели материала для конечно-элементных расчётов. Цель работы состоит в разработке и верификации такой методики, пригодной для инженерного применения при проектировании носимых устройств. Методология основана на сочетании гиперупругой модели Огдена и вязкоупругой ветви в виде ряда Прони; расчёты выполнены в неявной динамической постановке, а калибровка констант проводилась по экспериментальным данным одноосного сжатия. Основные результаты включают калибровку гиперупругих констант, выбор оптимального типа конечного элемента для динамических задач и индивидуальный подбор параметров ряда Прони для каждой скорости деформирования. Разработанная методика апробирована на примере взаимодействия экзоскелетного хомута с мягкими тканями бедра, где показано, что учёт жировой прослойки значительно снижает пиковые напряжения по сравнению с гомогенной моделью. Область применения охватывает проектирование экзоскелетов, ортопедических бандажей и других носимых устройств. Сделан вывод, что пренебрежение жировым слоем ведёт к завышенным оценкам локальных напряжений, тогда как предложенная методика позволяет получать более реалистичные прогнозы напряжённо-деформированного состояния мягких тканей.

The object of the study is subcutaneous adipose tissue; the subject is a methodology for calibrating its material model for finite element analysis. The aim of the work is to develop and verify a calibration methodology suitable for engineering applications in the design of wearable devices. The methodology combines the Ogden hyperelastic model with a viscoelastic branch represented by a Prony series; all simulations are performed using an implicit dynamic formulation, and the material constants are calibrated against uniaxial compression experimental data. The main results include the calibration of the hyperelastic constants, the selection of the optimal finite element type for dynamic problems, and the individual fitting of Prony series parameters for each strain rate. The developed methodology is validated on the problem of an exoskeleton cuff interacting with thigh soft tissues, where it is shown that accounting for the adipose layer significantly reduces peak stresses compared to a homogeneous model. The application field covers the design of exoskeletons, orthopaedic braces, and other wearable devices. It is concluded that neglecting the adipose layer leads to overestimated local stresses, whereas the proposed methodology provides more realistic predictions of the stress-strain state of soft tissues.