● 摘要
08年神七飞船出舱的成功标志着中国载人航天工程迈入了新的阶段。为了克服恶劣的太空环境保障航天员出舱作业的安全，航天员需要穿上舱外航天服。航天服内部营造的有压环境，会于真空的外太空环境形成压强差（余压）。而舱外作业中许多工作是需要手来完成的，研究表明航天员手套的余压是使舱外作业工效下降的主要原因。为此，本文基于有限元原理，利用生物力学知识研究了航天员在EVA(Extravehicular activity)任务时手套余压对手指肌肉、肌腱和关节的力学影响。首先基于静力学假设条件，建立了裸手食指包含肌肉肌腱在内的三维有限元模型并进行了验证；然后考虑戴有手套时食指一定姿势下余压对人手肌肉肌腱的影响。为避免在模拟褶皱时技术方面的限制，运用了一种方法得出了在该种姿势下余压造成的肌肉肌腱应力，并通过力的等效原理得出了关节的力学影响。结果显示手指大约施加正常情况抓握压力的30%-50%用于克服余压的影响。进一步，针对手套各指端半径不等值与手套各指端半径等值和手套各指端半径等值但半径大小不一样等情况进行余压引起的肌肉肌腱应力比较，得出有必要在设计手套时进行个性化考虑的结论。并且，针对余压影响和手套半径间的关系进行了数学理论分析，分析结果能较好地解释仿真出的现象。最后，通过总结模拟实验的分析方法和结果，指出了实验的有待改进之处，提出了研究工作进一步的设想和展望。关 键 词：EVA手套，HILL肌肉模型，力学特性，有限元仿真，生物力学