
AnyBody 適用例
抱着水箱运动时的身体负荷(基于流体力学分析结果)
在搬运装满水的袋子、盛满油的塑料桶、食品罐头以及装有液体洗涤剂的容器等物品时,由于容器内的液体晃动无规则性,因此与搬运相同重量的固体物体相比,搬运装有液体的容器会更加费力且稳定性较差。
此外,还有一些训练器械利用液体的晃动特性来提升运动的挑战性。例如,通过手持装满水的袋子(通常称为“重量袋”)进行锻炼,可以借助袋内水的不规则运动和不稳定的重心转移,更全面地锻炼肌肉,这比单纯举重物如杠铃等固体更为有效。
在本例中,我们模拟了一个圆柱形的重量袋,并在其中装入5升水,以分析进行左右胸旋转运动时对身体产生的影响。在此分析中,我们采用了AnyBody软件进行骨骼肌肉模型的分析,并同时考虑了水流动的复杂性,从而评估了对躯干和上肢负荷的影响。
此外,为了进行比较,我们还探讨了液体和固体对人体负荷的不同影响。因此,我们也展示了搬运5公斤固体(如圆木)的运动情况作为对照。
情况①:固体
考虑一个圆柱形的固体物体,例如圆木。在AnyBody软件中,我们为该物体的重心位置添加了质量和惯性矩。
情况②:水箱
为了模拟抱着水箱摇晃的动作,我们利用了流体动力学分析技术(基于OpenFOAM的分析实例)来研究水的流动情况。
我们将流体重心位置的变化作为输入参数导入到AnyBody软件中。在AnyBody软件里,我们为手臂的动作定义了特定的属性,并设定了重心位置随时间变化的轨迹。
<分析结果>
人的动作并非基于实际测量数据,而是通过AnyBody软件的驱动函数来定义,采用一个合理的旋转动作并通过正弦函数定义了动作。
在抱着圆木(固体)和水箱(液体)时,人体的动作保持一致。尽管实际上,由于所承受的反作用力的差异,人体的动作理应有所区别,但在此我们假设在这两种情况下均能有效地执行相同动作。
下图展示了躯干周围肌肉的活动情况。
相比之下,在液体状态下,负荷的波动性更大。此外,即便在固体状态下动作已经停止,内部的水由于惯性的作用仍会继续运动。为了抵消这种力量,身体负荷会明显增大并出现波动(如图中红线所示)。因此,即便重量相同且动作相似,根据所搬运的物质是流体还是固体,对身体造成的负荷也会有所差异。