ГЕОМЕТРИЧНІ ОСНОВИ ПОБУДОВИ МОДЕЛІ ОПОРНО РУХОВОГО АПАРАТУ ЛЮДИНИ НА ОСНОВІ УЯВЛЕННЯ ПРО РОБОТУ БІОТЕНСЕГРІТІ

Анотація

Актуальність досліджень, присвячених геометричному моделюванню опорно-рухового апарату людини, зумовлена необхідністю формалізованого опису його просторової структури та механічної поведінки з метою подальшого використання у біомеханіці, фізичній терапії та інженерних застосуваннях. Складність анатомічної будови кістково-м’язової системи та взаємодії її елементів потребує використання узагальнених моделей, здатних відобразити основні закономірності передавання навантажень без надмірного ускладнення математичного апарату.

У роботі розглянуто геометричні основи інтерпретаційного моделювання опорно-рухового апарату людини на базі концепції біотенсегріті. Запропоновано підхід до подання елементів кістково-м’язової системи у вигляді дискретних стрижневих моделей з шарнірними з’єднаннями, що дозволяє зосередити аналіз на осьових зусиллях та забезпечити геометричну незмінюваність конструкцій. Розглянуто умови статичної визначуваності таких систем та особливості їх геометричної інтерпретації у площинному та просторовому випадках.

Виконано аналіз взаємозв’язку між кількістю вузлів і стрижнів у моделях, що забезпечують механічну стабільність та можливість адекватного відтворення передачі навантажень у межах пружної деформації. Показано, що використання методів прикладної геометрії та будівельної механіки дозволяє сформувати узагальнену модель опорно-рухового апарату як геометрично інваріантної системи, придатної для подальших чисельних і прикладних досліджень.

Отримані результати формують геометричне та інженерне підґрунтя для розроблення уточнених біотенсегріті-моделей елементів опорно-рухового апарату людини та забезпечують можливість кількісного аналізу навантажень у його структурних компонентах. Інтерпретація результатів такого аналізу дає змогу визначити базові принципи використання даних моделювання при формуванні реабілітаційних методик і засобів фізичної терапії.