汽车乘员胸廓包覆肝脏的碰撞生物力学响应与损伤评价研究

发布时间：2021-04-18 00:50

　　在道路交通伤中,胸腹部创伤发生率仅次于颅脑和四肢伤,居第3位,而在致死原因中,胸腹部创伤仅次于颅脑创伤,居第2位。交通事故中胸腹部撞击伤常因司机与转向盘、安全气囊等部件或乘客与内饰件相撞引起,载荷类型多为钝性碰撞。其中,肋骨骨折是胸部交通伤的典型骨骼损伤类型,多发性肋骨骨折造成连枷胸是伤员的主要死因。与被广泛研究的胸部心肺损伤相比,腹部肝脏体积最大,仅部分被胸廓包覆,且对应转向盘下缘和正面气囊展开范围,碰撞时具有独特的动力学响应和损伤特征。研究驾驶员胸廓包覆肝脏碰撞生物力学响应特征,为改进驾驶员防护措施提供依据,必然成为乘员保护的重要课题。利用有限元方法建立具有精细解剖结构的胸腹部生物力学模型,在保证模型仿生可靠性的前提下,能够准确模拟汽车碰撞过程中胸腹部各组织的生物力学响应,认识外力到人体内部的力学传递关系,从应力-应变层次反映各组织的损伤机理与耐受极限。本研究拟针对汽车乘员胸廓包覆肝脏部位、采用数值模拟与实验研究相结合的方法,分别从模型构建、模型验证、一般钝性碰撞、标准工况碰撞等几个方面分析其生物力学响应和损伤特征,旨在发现汽车碰撞致伤的一般规律,促进汽车安全性设计中针对乘员胸腹部... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

不同撞击器与方向作用下肋骨骨折示意图

进行肝脏精细建模。(a) 第一版 (b) 第二版图2-1 第一版和第二版 CHUBM-M50 示意图研究团队根据国标 GB10000-198850 百分位中国成年男性的身体尺寸标准（身高1678mm，体重 59kg）[143]，选定一位 30 岁、身高 1680mm、体重约 60kg 的中国成年男性志愿者进行螺旋 CT 扫描。基于 50 百分位中国成人 CT 影像数据，借助医学影像软件和逆向开发工具，重建人体肝脏的三维几何模型。利用医学影像处理软件分别提取肝脏及肝门静脉的点云数据，通过 CAD 逆向造型技术构建肝脏整体和肝门静脉曲面模型。

右肝叶 左肝叶肝门静脉图2-2 肝脏模型构建图2-3 肝脏模型装配镰状韧带肝组织肝包膜肝组织左肝叶肝包膜右肝叶图2-4 肝脏有限元模型左三角冠状韧带韧带右三角韧带肝圆韧带图2-5 肝脏主要韧带模型（肝脏脏面）对肝脏各部分进行网格划分，肝脏模型与肝门静脉模型同时划分网格，实现肝门静脉位于肝脏内部的部分以共节点方式与肝脏实体连接，这种连接关系符合解剖学结构特点。在肝门静脉表面自动生成壳单元作为血管壁，肝包膜以共节点方式与肝实质连接，镰状韧带用体单元模拟连接左右两半叶，构建肝脏有限元模型，如图 2-4。肝脏主要韧带包括冠状韧带、左三角韧带、右三角韧带、肝圆韧带等，均以三角形单元、四边形单元的混合壳单元类型建模，分别与胸膜、膈膜及周围器官连接，如图 2-5。肝脏膈面与膈膜之间、肝脏与胸腹腔壁之间定义面面接触 (*Contact_Surface_To_Surface) 关系，肝脏与内脏器官即周围组织及定义为自动单面接触 (*Contact_Automatic_Single_Surface)


本文编号：3144469