Entwicklung einer mikromechanisch basierten Modellierung zur Finite-Elemente-Simulation des physiologischen Verhaltens von Skelettmuskeln

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Böl
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 43700770

• Erstellungsjahr: 2010

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt wurde ein mikromechanisch-basiertes Materialmodell sowie darauf aufbauend ein phänomenologischer Modellierungsansatz zur Beschreibung des Kontraktionsverhaltens von Skelettmuskeln entwickelt. Beide Modellierungsansätze wurden mit experimentellen Daten validiert. In einem weiteren Bearbeitungsschritt wurden beide Modellvarianten erweitert, so dass auf diese Weise Muskelermüdung abgebildet werden kann. Auch hier zeigen sich hervorragende Übereinstimmungen zwischen den Experimenten und den Simulationen. Da ein wesentliches Ziel dieses Projektes die Simulation von dreidimensionalen, realen Muskelstrukturen war, wurde eine Vielzahl von Muskeln rekonstruiert. Basieren darauf konnten die Modelle erst validiert werden. Neben den im Antrag verankerten Zielen wurden auch darüber hinaus wichtige Ziele, wie die Modellierung von dünnen Filmen zur Herzregenerierung und die numerische Modellierung von glatten Muskeln, erreicht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Computational modelling of muscular thin films for cardiac repair, University of Essen-Duisburg, Essen (Germany), July 2008
  M. Böl, K. K. Parker, E. Kuhl
  
• Micro-Macro Modelling: From Sarcomere to Muscles Contraction, Simbios Seminar, Stanford University, Stanford (USA), March 2008
  M. Böl, S. Reese
  
• Micromechanical modelling of skeletal muscles based on the finite element method, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 11 (2008), 489-504
  M. Böl, S. Reese
  
• Modelling of skeletal muscle activation, fatigue and recovery, 10th International Symposium on Biomaterials: Fundamentals and Clinical Applications, Essen (Germany), March 2008
  M. Böl, A. Pipetz, S. Reese
  
• Modelling of skeletal muscle activation, fatigue and recovery, Jahrestagung der Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik (GAMM), Bremen (Germany), April 2008
  M. Böl, A. Pipetz, S. Reese
  
• 3D finite element analysis of smooth muscle contraction considering calcium diffusion, 10th International Conference on Computational Plasticity, (2009), 1-4
  M. Böl, F. E. Gunawan, G. A. Holzapfel
  
• 3D finite element analysis of smooth muscle contraction considering calcium diffusion, 10th International Conference on Computational Plasticity, Barcelona (Spain), September 2009
  M. Böl, F. E. Gunawan, G. A. Holzapfel
  
• A micromechanically based constitutive approach to the modelling of skeletal muscles, 1st International Conference on Material Modelling, Dortmund (Germany), September 2009
  M. Böl, A. E. Ehret, M. Itskov
  
• A finite element approach for the modelling of skeletal muscle fatigue, GAMM Communications, 32(2), (2009), 205-220
  M. Böl, S. Reese
  
• Active Soft Tissues - From Single Fibres to Muscle Contraction, Hamburg University of Applied Sciences, Hamburg (Germany), January 2009
  M. Böl
  
• Computational Analysis of Muscle Tissue Activation, Graz University of Technology, Graz (Austria), February 2009
  M. Böl
  
• Computational modeling of muscular thin films for cardiac repair, Computational Mechanics 43 (2009), 535-544
  M. Böl, S. Reese, K. K. Parker, E. Kuhl
  
• Finite element model for the simulation of skeletal muscle fatigue, Material Science and Engineering Technology 40 (2009), 5-12
  M. Böl, A. Pipetz, S. Reese
  
• Micromechanical Modelling of Skeletal Muscles: From the Single Fibre to the Whole Muscle, Archive of Applied Mechanics, (2009)
  M. Böl
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00419-009-0378-y)
• Modeling muscles from the inside out, Biomedical Computation Review 5(1) (2008/2009), 5-6
  M. Böl
  
• Modelling of skeletal muscle activation, fatigue and recovery, 10th US National Congress on Computational Mechanics, Columbus, Ohio (USA), July 2009
  M. Böl
  
• Numerical modelling of fatigue effects in skeletal muscles, 3rd GACM Colloquium on Computational Mechanics for Young Scientists from Academia and Industry, Hannover (Germany), September 2009
  M. Böl, F. E. Gunawan
  
• On a constitutive approach for the skeletal muscle modelling, Jahrestagung der Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik (GAMM), Gdansk (Poland), February 2009
  M. Böl, A. E. Ehret, M. Itskov
  
• On a constitutive continuum model for the active behaviour of skeletal muscles, 7th EUROMECH Solid Mechanics Conference, Lisbon (Portugal), September 2009
  M. Böl, A. E. Ehret, M. Itskov
  
• A continuum constitutive model for the active behaviour of skeletal muscle, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, (2009)
  A.E. Ehret, M. Böl, M. Itskov
  
• On a phenomenological model for fatigue effects in skeletal muscles, Journal of Theoretical Biology, (2009)
  M. Böl, C. Weichert