手枪弹对骨骼复合靶标侵彻作用的数值模拟及力学响应研究

发布时间：2021-07-01 17:43

　　骨骼具有独特的组织结构和力学特性,其枪弹伤较之其它组织差别较大。目前国内外主要对骨骼直接损伤进行研究,而对其间接损伤研究较少。为研究枪弹对骨骼的间接损伤,本文建立了骨骼复合靶标模型,该模型由新鲜猪腿骨和包裹着它的明胶组成。基于非线性有限元计算,本文模拟9mm手枪弹侵彻骨骼复合靶标的整个过程,并对骨骼间接力学响应进行分析。本文的主要内容包括：（1）利用CT断层扫描数据,通过Mimics和HYPERMESH建立新鲜骨骼的非均匀各向异性有限元模型。（2）建立9mm手枪弹侵彻骨骼复合靶标的整体有限元模型,通过LS-DYNA运算求解,将计算结果与实验结果对比后验证有限元模型的准确性。（3）根据有限元计算结果,分析骨骼间接损伤的主要致伤机理。分析表明骨骼所承受的间接应力主要是由应力波作用的结果。（4）基于非线性有限元计算,分别研究弹丸侵彻速度、碰击章动角、骨骼埋藏在明胶中的位置对骨骼力学响应的影响。本文对骨骼力学响应和致伤机理的研究,为研究枪弹对骨骼间接作用提供了一定的科学依据。 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究的目的和意义
    1.2 课题研究的概述
        1.2.1 骨骼力学性能研究的概述
        1.2.2 有限元法在骨生物力学中应用的概述
        1.2.3 枪弹对骨骼损伤研究的概述
    1.3 骨骼和骨的概述
        1.3.1 骨骼的类型和结构
        1.3.2 骨的结构
        1.3.3 骨的力学性能的简介
    1.4 本文研究的主要内容
2 有限元模型的建立
    2.1 动力学分析的基本理论
    2.2 实体模型的建立
    2.3 明胶和弹丸网格模型的建立
    2.4 明胶和弹丸材料模型的建立
        2.4.1 明胶的材料模型
        2.4.2 弹丸的材料模型
    2.5 骨骼网格模型的建立
        2.5.1 骨骼三维模型的重建
        2.5.2 骨骼网格模型的建立
    2.6 骨骼材料模型的建立
        2.6.1 Mimics定义材料方法的介绍
        2.6.2 猪骨的材料非均匀性区间的区分
        2.6.3 猪骨的材料模型
    2.7 计算模型的建立
    2.8 本章小结
3 实验研究和有限元模型的验证
    3.1 实验研究
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 实验设备
        3.1.3 实验方案
    3.2 有限元模型的验证
    3.3 本章小结
4 基于数值模拟的手枪弹对骨骼间接作用的致伤机理分析
    4.1 侵彻结果分析
        4.1.1 侵彻过程分析
        4.1.2 弹丸速度和加速度分析
        4.1.3 骨骼应力云图分析
        4.1.4 骨骼上各典型点的应力分析
    4.2 致伤机理分析
        4.2.1 空腔膨胀的影响
        4.2.2 应力波的影响
        4.2.3 压力波反射的影响
    4.3 本章小结
5 不同参数对骨骼力学响应的影响分析
    5.1 弹丸速度对骨骼力学响应的影响
    5.2 不同碰击章动角对骨骼力学响应的影响
    5.3 骨骼在靶标中位置的不同对骨骼力学响应的影响
    5.4 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]股骨假体热应力有限元分析[J]. 王沫楠,王红晶,杜志江.  哈尔滨工业大学学报. 2012(07)
[2]人工植骨材料的生物学特性与临床应用[J]. 周长明,张家国,时永臣.  中国组织工程研究与临床康复. 2011(12)
[3]人下颌骨枪弹伤有限元仿真及致伤生物力学变化研究[J]. 鄢兰元,陈渝斌,张纲,缪莹赟,谭立文,谭颖徽.  实用口腔医学杂志. 2010(03)
[4]复合人工髋关节骨结合区力学行为的有限元分析[J]. 陈和仲,罗教明,陈继镛,行斌斌,屠重棋,顾忠伟,张兴栋.  四川大学学报(工程科学版). 2010(03)
[5]有限元分析法用于下颌骨缺损修复术的研究近况[J]. 刘峰,王瑞春,黄迪炎.  实用医药杂志. 2010(05)
[6]基于LS-DYNA的不同材质靶板抗侵彻能力的数值模拟[J]. 孙娟,杜作娟,黄小忠,王庭江,潘鉴.  科学技术与工程. 2010(10)
[7]猪下颌骨枪弹伤的三维有限元仿真模拟[J]. 雷涛,陈渝斌,缪莹赟,张纲,谭颖徽.  中华创伤杂志. 2009 (05)
[8]有限元软件LS-DYNA在柔体仿真中的应用[J]. 万家宁,曹强,王京春.  系统仿真学报. 2009(03)
[9]基于Wolff定律的各向异性骨再造模型[J]. 马宗民,李淑娴,朱兴华.  中国生物医学工程学报. 2007(06)
[10]基于CT扫描人体股骨的有限元分析[J]. 姜海波,葛世荣.  工程力学. 2007(10)

博士论文
[1]无网格法及液体射流高速碰撞与侵彻模拟[D]. 马利.浙江大学 2007
[2]有限元方法及其在高速碰撞中的应用[D]. 王峰.中国科学技术大学 2007

硕士论文
[1]高速飞行体与仿生材料相互作用的数值仿真[D]. 史晓宁.南京理工大学 2012
[2]基于个性化的长管骨有限元参数化建模及实验验证[D]. 丁光兴.南京理工大学 2012
[3]基于新鲜骨骼CT图像的有限元分析及实验验证[D]. 费王华.南京理工大学 2008
[4]股骨三维重建与生物力学特性分析及实验研究[D]. 罗承刚.重庆大学 2004
[5]鸟撞冲击动力学的有限元数值仿真研究[D]. 蒋耘生.西北工业大学 2002



本文编号：3259582