三岁儿童乘员颈部碰撞损伤机理研究
发布时间：2021-09-01 12:28
汽车交通事故中,乘员安全是一个全球关注的重要问题,其中儿童乘员安全问题至关重要。因为儿童相对成人来讲,具有特殊的生理结构特性。在交通事故导致的儿童损伤中,颈部损伤是导致儿童乘员病痛甚至死亡的一种重要形式。对儿童颈部损伤机制进行研究可以在汽车设计的安全性和降低儿童乘员颈部损伤的研究中作为参考。由于儿童生理结构的特殊性,儿童损伤研究一直以来都是复杂却重要的课题。儿童尸体实验、志愿者实验、假人实验是常用的研究儿童颈部损伤的有效方式,但尸体实验样本获取困难,成本高;志愿者实验为保障志愿者安全局限性较大;假人实验难以模拟真实的人体损伤。近些年,计算机技术飞速发展,有限元仿真技术得到强有力的硬件支撑,有限元模型因其仿真度高、成本低等优点而成为研究损伤生物力学的重要方法。本研究基于3岁儿童头颈部有限元模型研究儿童颈部在屈伸运动过程中的生物力学响应。完善了现有3岁儿童头颈部有限元模型,重构儿童颈部弯曲尸体实验,进一步验证了 3岁儿童头颈部有限元模型有效性;对比分析了有无肌肉组织对颈部弯曲生物力学响应的影响。结果表明,弯曲仿真试验的力矩与旋转数据曲线与尸体实验力矩与旋转数据曲线相符,该模型有效性得到验证...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨颈部的基本运动??
?Ｉ前言???．＇７’、?．?’＇Ｃ?厂．？??弯矩?压力?拉力?扭矩?剪切力??图丨－２颈部承受的载荷??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｌｏａｄ?ｔｏ?ｂｅａｒ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｎｅｃｋ??４、后碰撞过程中颈部响应??汽车后碰撞过程中，头颈部的运动响应一般分为三个阶段｜１４１，如图１－３所示。??第一阶段?第二阶段?第三阶段???？??？??？??Ｄ??图１－３后碰撞中头颈部运动过程??Ｆｉｇ．?１－３?Ｈｅａｄ?ａｎｄ?ｎｅｃｋ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｉｎ?ｒｅａｒ?ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ?ｐｒｏｇｒｅｓｓ??第一阶段：回收?／?仲展（Ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎ／Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）??在后碰撞过程中，碰撞瞬间车身加速度向前，乘员头颈部受到惯性力保持原有??运动趋势，汽车靠背作用于乘员胸部，使得乘员胸部不得不向前运动并出现上提趋势，??此时乘员的头部相对于乘员胸部在水平方向上向后移动，颈部颈椎出现典型的运动：??反“Ｓ”型运动，即颈部颈椎的靠下的部分伸展而上部分弯曲，相对较大的剪切力和??转矩作用于颈椎中比较靠下的部分，致使颈部椎间盘受到压缩，压缩方向为轴向，然??后整个颈部继续向后倾斜，整个颈部仲展。??第二阶段：向前的运动（Ｆｏｒｗａｒｄ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ）??汽车座椅分为有无头枕两种情况：有头枕时，乘员头部在向后的运动过程中将与??头枕接触，头部会受到头枕一个反方向的力，头部后仰受到阻碍，在头部受到反作用??力的情况下，头部将改变运动趋势，转换为向前运动；无头枕时，乘员头部在碰撞过??程中持续向后运动，颈部一直保持伸展趋势，当头部向后运动或颈部伸展到极限后，??头部将出现反向运动，
其运动趋势，并驱动乘员躯千也保持同样的运动，当乘员躯干运动到乘员胸部接触到??汽车的安全带时，乘员将受到安全带的约束，由于受到在安全带约束力，乘员颈部将??向前弯曲，此时颈部处于拉伸状态，并且这种拉伸状态在头部向前运动到达极限之前??将一直维持。??头颈部运动响应的上述三个阶段是后碰撞期间头颈部运动响应的典型运动过程，??第二阶段和第三阶段称为“回弹过程（Ｒｅｂｏｕｎｄ?ｐｈａｓｅ）”??５、前碰撞过程中颈部响应??汽车前碰撞过程中，头颈部的运动响应一般也分为三个阶段［１６】。如图１－４所示。??第一阶段??在前碰撞过程中，碰撞瞬间车身加速度向后，乘员胸肩部随着汽车座椅受到相同??的向后的加速度，头部由于惯性作用保持原有的运动趋势与运动速度，头部相对于颈??部向前水平移动无转动，此时颈椎运动中典型的“Ｓ”型运动出现，颈部最大剪切力、??轴向压缩力和转矩发生在Ｃ５和Ｃ６之间。随着颈部与头部之间切向力的存在头部向前??旋转，直到颈椎最大弯曲角度出现。??第一阶段?第二阶段?第三阶段???？??？??？??图１－４前碰撞过程头颈部的运动??Ｆｉｇ?１－４?Ｈｅａｄ?ａｎｄ?ｎｅｃｋ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｉｎ?ｆｏｒｍｅｒ?ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ?ｐｒｏｇｒｅｓｓ??第二阶段??颈部弯曲到最大值后，头部开始向后运动，带动颈部反向运动，头颈部反弹至碰??撞前的初始位置。??第三阶段??当乘员所在的座椅带有头枕时，头部运动到一定位置后由于头枕的约束作用头部??向前反弹，此时头部的运动幅度较校无头枕时，头部在水平方向上向后运动，此时??典型的反“ｓ”型运动出现。继而，头部将保持其原有的运动直至整个颈椎伸展。??１．４
【参考文献】：
期刊论文
[1]肌肉生物仿真度对六岁儿童胸部碰撞生物力学响应的影响[J]. 崔世海,单蕾蕾,李海岩,吕文乐,贺丽娟,阮世捷. 生物医学工程学杂志. 2017(01)
[2]6岁儿童全颈有限元模型的构建及验证[J]. 吕文乐,阮世捷,李海岩,崔世海,贺丽娟,王春祥. 医用生物力学. 2016(02)
[3]3岁儿童C4-C5颈椎有限元模型开发及拉伸、弯曲验证[J]. 曹立波,魏嵬,张冠军. 中国生物医学工程学报. 2015(01)
[4]后碰撞中人体颈椎骨的有限元分析[J]. 王芳,张建国,薛强. 中国生物医学工程学报. 2009(05)
[5]车辆事故中儿童颈部损伤分析和建议[J]. 林辉. 汽车与安全. 2008(11)
[6]基于挥鞭样损伤研究的颈部有限元模型的建立及验证[J]. 张建国,周蕊,薛强. 中国生物医学工程学报. 2008(03)
[7]基于CT图像全颈椎三维有限元模型的建立及验证[J]. 卢畅,韩珂,李晶,王冰,吕国华. 中南大学学报(医学版). 2008(05)
[8]上海地区少年儿童颈椎骨成熟度与手腕骨成熟度的相关研究[J]. 孙燕,游清玲,刘泓虎. 上海口腔医学. 2007(04)
[9]儿童上颈椎骨损伤[J]. 贾连顺,刘洪奎,李家顺,侯铁胜. 中华创伤杂志. 1993(04)
硕士论文
[1]三岁儿童颈部有限元模型的构建及损伤分析[D]. 杜治青.天津科技大学 2016
[2]汽车追尾碰撞中儿童颈椎损伤机理的研究[D]. 田健.天津科技大学 2015
本文编号：3376981
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨颈部的基本运动??
?Ｉ前言???．＇７’、?．?’＇Ｃ?厂．？??弯矩?压力?拉力?扭矩?剪切力??图丨－２颈部承受的载荷??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｌｏａｄ?ｔｏ?ｂｅａｒ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｎｅｃｋ??４、后碰撞过程中颈部响应??汽车后碰撞过程中，头颈部的运动响应一般分为三个阶段｜１４１，如图１－３所示。??第一阶段?第二阶段?第三阶段???？??？??？??Ｄ??图１－３后碰撞中头颈部运动过程??Ｆｉｇ．?１－３?Ｈｅａｄ?ａｎｄ?ｎｅｃｋ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｉｎ?ｒｅａｒ?ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ?ｐｒｏｇｒｅｓｓ??第一阶段：回收?／?仲展（Ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎ／Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）??在后碰撞过程中，碰撞瞬间车身加速度向前，乘员头颈部受到惯性力保持原有??运动趋势，汽车靠背作用于乘员胸部，使得乘员胸部不得不向前运动并出现上提趋势，??此时乘员的头部相对于乘员胸部在水平方向上向后移动，颈部颈椎出现典型的运动：??反“Ｓ”型运动，即颈部颈椎的靠下的部分伸展而上部分弯曲，相对较大的剪切力和??转矩作用于颈椎中比较靠下的部分，致使颈部椎间盘受到压缩，压缩方向为轴向，然??后整个颈部继续向后倾斜，整个颈部仲展。??第二阶段：向前的运动（Ｆｏｒｗａｒｄ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ）??汽车座椅分为有无头枕两种情况：有头枕时，乘员头部在向后的运动过程中将与??头枕接触，头部会受到头枕一个反方向的力，头部后仰受到阻碍，在头部受到反作用??力的情况下，头部将改变运动趋势，转换为向前运动；无头枕时，乘员头部在碰撞过??程中持续向后运动，颈部一直保持伸展趋势，当头部向后运动或颈部伸展到极限后，??头部将出现反向运动，
其运动趋势，并驱动乘员躯千也保持同样的运动，当乘员躯干运动到乘员胸部接触到??汽车的安全带时，乘员将受到安全带的约束，由于受到在安全带约束力，乘员颈部将??向前弯曲，此时颈部处于拉伸状态，并且这种拉伸状态在头部向前运动到达极限之前??将一直维持。??头颈部运动响应的上述三个阶段是后碰撞期间头颈部运动响应的典型运动过程，??第二阶段和第三阶段称为“回弹过程（Ｒｅｂｏｕｎｄ?ｐｈａｓｅ）”??５、前碰撞过程中颈部响应??汽车前碰撞过程中，头颈部的运动响应一般也分为三个阶段［１６】。如图１－４所示。??第一阶段??在前碰撞过程中，碰撞瞬间车身加速度向后，乘员胸肩部随着汽车座椅受到相同??的向后的加速度，头部由于惯性作用保持原有的运动趋势与运动速度，头部相对于颈??部向前水平移动无转动，此时颈椎运动中典型的“Ｓ”型运动出现，颈部最大剪切力、??轴向压缩力和转矩发生在Ｃ５和Ｃ６之间。随着颈部与头部之间切向力的存在头部向前??旋转，直到颈椎最大弯曲角度出现。??第一阶段?第二阶段?第三阶段???？??？??？??图１－４前碰撞过程头颈部的运动??Ｆｉｇ?１－４?Ｈｅａｄ?ａｎｄ?ｎｅｃｋ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｉｎ?ｆｏｒｍｅｒ?ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ?ｐｒｏｇｒｅｓｓ??第二阶段??颈部弯曲到最大值后，头部开始向后运动，带动颈部反向运动，头颈部反弹至碰??撞前的初始位置。??第三阶段??当乘员所在的座椅带有头枕时，头部运动到一定位置后由于头枕的约束作用头部??向前反弹，此时头部的运动幅度较校无头枕时，头部在水平方向上向后运动，此时??典型的反“ｓ”型运动出现。继而，头部将保持其原有的运动直至整个颈椎伸展。??１．４
【参考文献】：
期刊论文
[1]肌肉生物仿真度对六岁儿童胸部碰撞生物力学响应的影响[J]. 崔世海,单蕾蕾,李海岩,吕文乐,贺丽娟,阮世捷. 生物医学工程学杂志. 2017(01)
[2]6岁儿童全颈有限元模型的构建及验证[J]. 吕文乐,阮世捷,李海岩,崔世海,贺丽娟,王春祥. 医用生物力学. 2016(02)
[3]3岁儿童C4-C5颈椎有限元模型开发及拉伸、弯曲验证[J]. 曹立波,魏嵬,张冠军. 中国生物医学工程学报. 2015(01)
[4]后碰撞中人体颈椎骨的有限元分析[J]. 王芳,张建国,薛强. 中国生物医学工程学报. 2009(05)
[5]车辆事故中儿童颈部损伤分析和建议[J]. 林辉. 汽车与安全. 2008(11)
[6]基于挥鞭样损伤研究的颈部有限元模型的建立及验证[J]. 张建国,周蕊,薛强. 中国生物医学工程学报. 2008(03)
[7]基于CT图像全颈椎三维有限元模型的建立及验证[J]. 卢畅,韩珂,李晶,王冰,吕国华. 中南大学学报(医学版). 2008(05)
[8]上海地区少年儿童颈椎骨成熟度与手腕骨成熟度的相关研究[J]. 孙燕,游清玲,刘泓虎. 上海口腔医学. 2007(04)
[9]儿童上颈椎骨损伤[J]. 贾连顺,刘洪奎,李家顺,侯铁胜. 中华创伤杂志. 1993(04)
硕士论文
[1]三岁儿童颈部有限元模型的构建及损伤分析[D]. 杜治青.天津科技大学 2016
[2]汽车追尾碰撞中儿童颈椎损伤机理的研究[D]. 田健.天津科技大学 2015
本文编号：3376981
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3376981.html
