舱外航天服手套对手指力学影响的仿真研究

受到舱外航天服手套(EVA glove)关节处余压(航天服内外的压差)和编织物挤压的影响,航天员舱外作业时手部力量下降明显,严重降低了力学工效。为了解航天员在舱外作业时手套余压对手部肌肉和关节的力学影响,本文对手部抓握动作的运动解剖学和生物力学特点进行了分析,建立了食指抓握模型,即指骨关节采用铰链连接,有7块肌肉作为手指抓握动力单元,并采用Hill肌肉模型计算。使用ANSYS建立了包含骨骼、肌肉在内的食指及手套的三维有限元静力模型,并验证了此模型。应用此模型计算戴有不同尺寸手套情况下的肌肉力,结果表明,在手套余压的影响下,要达到裸手正常抓握时手指对物体的压力,手指肌肉应力需增大到正常情况的5.4倍,手指抓握力大部分被用于克服手套余压的影响。且手套与手指的间隙越小,余压对手指肌肉的力学影响就越小。本文的研究结果对航天员手套设计提供了一定的理论依据。