脂肪材料本构模型构建及肥胖对胸腹部碰撞损伤的影响
发布时间：2021-05-07 13:45
机动车交通事故是造成儿童死伤的重要因素,现有儿童安全法规及儿童乘员约束系统均针对标准体重儿童设计。随着肥胖儿童数量的日益增加,有必要研究交通事故中肥胖儿童乘员的损伤机理。脂肪组织的本构模型和力学性能对研究肥胖人群的碰撞损伤具有重要意义。本文从力学实验方面综述了脂肪组织的生物力学性能,认为脂肪组织是各项同性的,拉伸及压缩具有对称性,具有非线性力学响应及应变率依赖特性的不可压缩性的软组织。构建低、中应变率下的脂肪组织有限元模型,分别应用四种常用脂肪组织材料本构,在不同摩擦系数下进行无约束压缩试验仿真。各个材料本构模型输出接触力均与摩擦系数呈正相关,且不同材料本构对力学响应影响尤为显著。在脂肪组织无约束压缩试验中,静摩擦系数取0.1,动摩擦系数取0.05是合理的。低、中应变率下Ogden超弹性材料本构能够良好的反应脂肪组织的生物力学响应。采用Ogden超弹性材料本构并进行筛选试验设计,确定其各个因子对目标响应的影响程度。将有限元方法与优化策略相结合,采用自适应响应面法对脂肪组织材料参数进行反求。研究结果表明:基于反求方法获得的脂肪组织材料参数具有更高的生物仿真度。通过构建具有详细等级划分的肥...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
1.1 选题背景及研究意义
1.2 肥胖对乘员损伤影响的研究进展
1.2.1 泡沫效应假说
1.2.2 躯干几何形状变化假说
1.2.3 质量影响假说
1.2.4 总结
1.3 皮下脂肪组织生物力学性能研究进展
1.3.1 压痕实验
1.3.2 拉伸与压缩实验
1.3.3 剪切实验
1.3.4 材料本构模型在有限元分析中的应用研究
1.3.5 总结与展望
1.4 儿童乘员胸腹部损伤评价指标
1.4.1 运动学及力学评价指标
1.4.2 胸腹腔内脏评价指标
1.5 本文研究内容
2 压缩实验中低、中应变率下脂肪组织本构模型研究
2.1 材料与方法
2.1.1 脂肪组织材料本构模型
2.1.2 有限元模型构建
2.1.3 仿真设置
2.2 结果
2.2.1 低应变率下摩擦对力学响应的影响
2.2.2 中应变率下摩擦对力学响应的影响
2.2.3 脂肪材料本构对力学响应的影响
2.3 讨论
2.4 本章小结
3 基于OGDEN材料本构的脂肪组织材料参数反求
3.1 材料与方法
3.1.1 有限元模型及边界条件
3.1.2 材料参数筛选试验设计
3.2 基于自适应响应面法的脂肪材料参数反求
3.2.1 反求方法与流程
3.2.2 参数取值范围及目标函数
3.3 反求结果与讨论
3.4 本章小结
4 肥胖对儿童乘员胸腹部生物力学响应的影响
4.1 材料与方法
4.1.1 6岁儿童有限元模型
4.1.2 BMI界值点确定
4.1.3 肥胖儿童乘员有限元模型构建
4.1.4 仿真设置
4.2 结果
4.2.1 胸腹部运动学及力学响应
4.2.2 内脏损伤分析
4.3 讨论
4.4 本章小结
5 肥胖儿童乘员胸腹部碰撞损伤机理研究
5.1 材料与方法
5.2 结果
5.2.1 胸腹部运动学及力学响应
5.2.2 内脏损伤分析
5.3 讨论
5.4 本章小结
6 结论
6.1 全文总结
6.2 论文的创新点
6.3 论文的不足之处
7 参考文献
8 攻读硕士学位期间发表论文情况
9 致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有详细解剖学结构的1岁学步儿童头部有限元模型构建及验证[J]. 贺丽娟,毋乃卿,阮世捷,李海岩,王春祥,崔世海. 医用生物力学. 2017(04)
[2]生长板材料属性对6岁儿童乘员膝关节损伤影响分析[J]. 李海岩,潘云风,阮世捷,崔世海,贺丽娟,王春祥. 医用生物力学. 2017(03)
[3]6岁儿童胸部改进人体模型的建立与验证[J]. 应龙,葛如海,张学荣,周进宝. 医用生物力学. 2017(02)
[4]基于正面碰撞实验的胸部损伤有限元分析[J]. 肖森,杨济匡,肖志,Jeff R.Crandall. 力学学报. 2017(01)
[5]我国5省市18～60岁城乡居民超重肥胖现状调查及影响因素分析[J]. 李方波,李英华,孙思伟,聂雪琼,卢永,黎慕,程玉兰. 中国健康教育. 2012(05)
[6]1993-2009年7～18岁中国学龄儿童超重肥胖和腹型肥胖率变化趋势[J]. 刘嫚,席波,王奇娟,袁媛,李军. 中国儿童保健杂志. 2012(02)
[7]汽车正面碰撞中乘员的胸部伤害分析[J]. 朱海涛,孙振东,白鹏,吕恒绪. 交通标准化. 2009(11)
本文编号：3173497
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
1.1 选题背景及研究意义
1.2 肥胖对乘员损伤影响的研究进展
1.2.1 泡沫效应假说
1.2.2 躯干几何形状变化假说
1.2.3 质量影响假说
1.2.4 总结
1.3 皮下脂肪组织生物力学性能研究进展
1.3.1 压痕实验
1.3.2 拉伸与压缩实验
1.3.3 剪切实验
1.3.4 材料本构模型在有限元分析中的应用研究
1.3.5 总结与展望
1.4 儿童乘员胸腹部损伤评价指标
1.4.1 运动学及力学评价指标
1.4.2 胸腹腔内脏评价指标
1.5 本文研究内容
2 压缩实验中低、中应变率下脂肪组织本构模型研究
2.1 材料与方法
2.1.1 脂肪组织材料本构模型
2.1.2 有限元模型构建
2.1.3 仿真设置
2.2 结果
2.2.1 低应变率下摩擦对力学响应的影响
2.2.2 中应变率下摩擦对力学响应的影响
2.2.3 脂肪材料本构对力学响应的影响
2.3 讨论
2.4 本章小结
3 基于OGDEN材料本构的脂肪组织材料参数反求
3.1 材料与方法
3.1.1 有限元模型及边界条件
3.1.2 材料参数筛选试验设计
3.2 基于自适应响应面法的脂肪材料参数反求
3.2.1 反求方法与流程
3.2.2 参数取值范围及目标函数
3.3 反求结果与讨论
3.4 本章小结
4 肥胖对儿童乘员胸腹部生物力学响应的影响
4.1 材料与方法
4.1.1 6岁儿童有限元模型
4.1.2 BMI界值点确定
4.1.3 肥胖儿童乘员有限元模型构建
4.1.4 仿真设置
4.2 结果
4.2.1 胸腹部运动学及力学响应
4.2.2 内脏损伤分析
4.3 讨论
4.4 本章小结
5 肥胖儿童乘员胸腹部碰撞损伤机理研究
5.1 材料与方法
5.2 结果
5.2.1 胸腹部运动学及力学响应
5.2.2 内脏损伤分析
5.3 讨论
5.4 本章小结
6 结论
6.1 全文总结
6.2 论文的创新点
6.3 论文的不足之处
7 参考文献
8 攻读硕士学位期间发表论文情况
9 致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有详细解剖学结构的1岁学步儿童头部有限元模型构建及验证[J]. 贺丽娟,毋乃卿,阮世捷,李海岩,王春祥,崔世海. 医用生物力学. 2017(04)
[2]生长板材料属性对6岁儿童乘员膝关节损伤影响分析[J]. 李海岩,潘云风,阮世捷,崔世海,贺丽娟,王春祥. 医用生物力学. 2017(03)
[3]6岁儿童胸部改进人体模型的建立与验证[J]. 应龙,葛如海,张学荣,周进宝. 医用生物力学. 2017(02)
[4]基于正面碰撞实验的胸部损伤有限元分析[J]. 肖森,杨济匡,肖志,Jeff R.Crandall. 力学学报. 2017(01)
[5]我国5省市18～60岁城乡居民超重肥胖现状调查及影响因素分析[J]. 李方波,李英华,孙思伟,聂雪琼,卢永,黎慕,程玉兰. 中国健康教育. 2012(05)
[6]1993-2009年7～18岁中国学龄儿童超重肥胖和腹型肥胖率变化趋势[J]. 刘嫚,席波,王奇娟,袁媛,李军. 中国儿童保健杂志. 2012(02)
[7]汽车正面碰撞中乘员的胸部伤害分析[J]. 朱海涛,孙振东,白鹏,吕恒绪. 交通标准化. 2009(11)
本文编号：3173497
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