Biomechanical Models for Soft Tissue Simulation

آزمایش‌های متعدد گزارش‌شده در ادبیات بیومکانیکی نشان داده‌اند که بافت‌های نرم مواد ویسکوالاستیک بسیار غیرخطی هستند. تلاش‌ها برای مدل‌سازی رفتار مکانیکی آنها بسته به رویکرد اتخاذ شده منجر به انواع مختلفی از روابط ریاضی شده است. استفاده از این مدل‌ها برای شبیه‌سازی واقعی بافت‌های نرم اسکلتی نیاز به دانش پایه از نظریه مکانیک غیرخطی و همچنین دانش روش‌های المان محدود افزایشی مرتبط دارد. اگرچه اسناد زیادی در این زمینه‌های مختلف منتشر شده‌اند، اما تعداد کمی از آنها جزئیات کافی برای درک اینکه چگونه مدل‌ها با نظریه مکانیکی زیربنایی مرتبط هستند و چگونه روش‌های افزایشی برای دستیابی به شبیه‌سازی‌های اجزا محدود به کار می‌روند، ارائه می‌دهند.
این گزارش تهیه شده است. به عنوان بخشی از پروژه اروپایی اسپریت CHARM، برای ارائه مروری بر مدل‌های موجود در پرتو مکانیک نظری و روش‌های اجزا محدود، برای شبیه‌سازی واقعی عضلات، تاندون‌ها و پوست انسان.

Numerous experiments reported in the biomechanical literature have shown that soft tissues are highly nonlinear viscoelastic materials. Attempts to model their mechanical behaviour have led to different kinds of mathematical relationships depending on the approach adopted. The use of these models for the realistic simulation of skeletal soft tissues requires basic knowledge of the theory of nonlinear mechanics as well as knowledge of the associated incremental finite element methods. Although many documents have been published in these different areas, few of them give enough details to understand how the models are related to the underlying mechanical theory and how incremental methods are applied to achieve finite element simulations.
This report has been developed, as part of the European Esprit project CHARM, to provide an overview of the available models in light of theoretical mechanics and finite element methods, for the realistic simulation of the human muscles, tendons and skin.