Skeletal muscles are living tissues that can undergo large deformations in short periods of time and that can be activated to produce force. In this paper we use the principles of continuum mechanics to propose a dynamic, fully non-linear, and three-dimensional model to describe the deformation of these tissues. We model muscles as a fibre-reinforced composite and transversely isotropic material. We introduce a flexible computational framework to approximate the deformations of skeletal muscle to provide new insights into the underlying mechanics of these tissues. The model parameters and mechanical properties are obtained through experimental data and can be specified locally. A semi-implicit in time, conforming finite element in space scheme is used to approximate the solutions to the governing nonlinear dynamic model. We provide a series of numerical experiments demonstrating the application of this framework to relevant problems in biomechanics, and also discuss questions around model validation.


翻译:骨骼肌肉是活组织,可以在短时间内发生大变形,并且可以激活以产生力量。在本文件中,我们使用连续力力学原理提出动态、完全非线性、三维模型来描述这些组织变形。我们模拟肌肉,作为纤维强化复合和反向异形材料。我们引入一个灵活的计算框架,以近似骨骼肌肉变形,以提供对这些组织基本力学的新洞察力。模型参数和机械特性是通过实验数据获得的,并且可以在当地具体指定。一个半隐含的、符合空间计划的限定元素被用来估计管理非线性动态模型的解决方案。我们提供一系列数字实验,展示这一框架应用于生物机械的相关问题,并讨论关于模型验证的问题。

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