基于碰撞损伤分析的头盔设计及其验证
发布时间：2021-10-24 06:20
在世界卫生组织2015年最新公布的道路安全全球现状报告中显示,2013年因道路交通事故而死亡的人数为125万人。其中,在所有因道路交通事故而死亡的人群中,半数是行人（22%）、骑自行车者（4%）和骑摩托车者（23%）,且这一数据基本趋于稳定。在这之中,头部是骑行人在交通事故中致死损伤概率最高的部位。因此,对上述人群采取有效的保护措施刻不容缓。论文首先回顾了头部损伤生物力学的发展历程,详细介绍了人体头部的结构划分以及头部损伤的评价标准,目前,研究头部损伤的方法主要有物理模型法、动物试验法、尸体试验法和有限元法,评价标准主要有韦恩州立大学耐受限度曲线WSTC（Wayne State Tolerance Curve）、头部冲击程度指数SI（Severity Index）、头部损伤评价标准HIC（Head Injury Creteria）、简明损伤定级法AIS（Abbreviated Injury Scale）、格拉斯哥昏迷分级指数GCS（Glasgow Coma Scale）以及颅脑耐受限度。其次,使用手持式3D扫描仪和CATIA软件根据真实的头盔进行逆向设计,建立了符合实际情况的三维模型,...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人体头部解剖学结构
5第二章人体头部结构与损伤指标2.1概述在碰撞事故发生过程中，由于惯性力和接触力作用在人体的各个部位，相应的组织会产生生物力学响应，若该响应超出了人体组织可以产生的最大极限，从而使得人体组织正常生理功能的变化或丧失，这时就发生了人体损伤。而人体组织在这个过程中发生有关的力学知识称为碰撞生物力学[35]，或损伤生物力学。因此在对人体头部进行损伤生物力学研究时，首先要对人体头部的解剖学和损伤生物力学相关知识进行系统详细的了解。本章首先对人体头部的解剖学结构进行详细的介绍，再结合损伤类型对主要的头部损伤评价标准进行详细的介绍。2.2人体头部解剖学结构人体头部主要包括神经系统、感觉器官、皮肤和头颅结构。其专业的解剖学结构[36]可分为头皮、头颅、脑膜和脑组织（如图2-1，2-2所示）。而按照功能形态，人体头部可划分为颅、颅——脑之间的介质和脑。图2-1人体头部解剖学结构图2-2头部切面机构Fig.2-1HumanheadanatomyFig.2-2Headsectionstructure颅骨是人体头部的重要支撑结构，其由23块骨骼相连而成，形成了脑颅和面颅两个主要的部分。其中，脑颅呈现为卵圆形，位于整个头颅的上后部，作用是容纳脑及其附属器官；而面颅则容纳眼腔，鼻腔以及口腔等主要结构，位于整个头颅的前下部。脑颅主要由额骨、顶骨、枕骨、颞骨、蝶骨和筛骨构成（如图2-3所示）。其外部形状为卵圆形，内部与脑的相应结构类似。额骨位于脑颅的前上部，顶骨则位于额骨的后部两侧，额骨和顶骨组成的结构称为颅顶；颞骨位于脑颅的侧面中下部，枕骨则位于其后下方。面颅由15块骨骼组成，其中上颌骨以及下颌骨是最大的2块，其余较小的骨骼围绕上、下颌骨分布；头皮有5到7毫米厚[37]，在颅骨外侧均匀的覆盖。
6图2-3颅骨结构Fig.2-3Skullstructure人体的脑主要由大脑、小脑和脑干组成（如图2-4所示）。图2-4脑组织Fig.2-4Braintissue其中，大脑处于脑颅的上部，由左右两个大脑半球构成，从组织上分，又可划分为灰质（大脑皮质）和白质（大脑髓质），可细分为额叶、顶叶、颞叶和枕叶四个结构。额叶是大脑半球在中央沟以前、大脑外侧沟以上的部分，主要负责人体的思维、演算，与个体的需求和情感相关，如果受到损伤，可能会导致人体失去主观能力、交流障碍、情绪不稳定等症状；大脑顶叶在背外侧面，其前方以中央沟为界，下方以大脑外侧裂为界，后方以自顶枕裂的上端至枕前切迹所作的一条虚线，大脑顶叶区有感觉中枢以及其他许多重要结构，如果受到损伤，可会出现大脑皮层性异常感觉或感觉障碍、运用不能（失用症）、失读症、病灶对侧同向性下象限盲、空间定位障碍及身体萎缩等症状；颞叶位于外侧裂下方，由颞上沟和颞下沟分为颞上回、颞中回、颞下回，主要负责处理听觉信息，也与记忆和情感有关，一旦受损，可导致语言理解困难，失忆等症状；枕叶是大脑以顶枕沟至枕前切迹的连线为前界，枕极为后端的脑叶，主要负责语言处理、动作感觉、抽象概念及视觉信息，枕叶病损时不仅会发生视觉障碍，而且容易出现记忆缺陷和运动知觉障碍等症状。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种智能安全头盔的研究与设计[J]. 熊玉梅,孔元元. 福建电脑. 2017(09)
[2]颅脑有限元模型演化规律及其生物力学研究进展[J]. 羊玢,曹立波,陈宁,Tse Kwong Ming,Lee Heow Pueh. 医用生物力学. 2014(06)
[3]头盔标准ECE R22—2002和GB 811—2010机械强度项目对比及完善性研究[J]. 陈振益,温为才,付东明. 机械设计. 2013(03)
[4]摩托车乘员头盔标准与检测[J]. 黄旺森. 质量探索. 2012(06)
[5]应用于头部损伤生物力学研究的三维有限元模型发展概况[J]. 赵玮,阮世捷,李海岩. 中国生物医学工程学报. 2011(01)
[6]有限元法的发展现状及应用[J]. 陈锡栋,杨婕,赵晓栋,范细秋. 中国制造业信息化. 2010(11)
[7]头部撞击损伤的有限元模型建立[J]. 裴永生,阮世捷,李海岩,张亮亮. 燕山大学学报. 2009(05)
[8]基于虚拟仪器技术的头盔碰撞性能测试系统的研制[J]. 刘强. 科技信息. 2009(21)
[9]头盔质量特性高精度测试仪研究[J]. 杨忠,吴惠祥,姜遇红,樊琼剑. 仪器仪表学报. 2009(02)
[10]非机动车驾驶人佩戴安全头盔相关问题[J]. 缪明月,栗继红,蔡娜. 道路交通与安全. 2007(01)
硕士论文
[1]基于摩托车事故重建的头盔损伤防护性能研究[D]. 陈吉光.湖南大学 2013
[2]颅脑有限元模型的构建和锤碰撞颅脑左侧的计算机模拟及分析[D]. 芦俊鹏.天津科技大学 2006
[3]三维人体颅脑有限元模型构建和颅脑正面碰撞分析[D]. 何培.天津科技大学 2006
本文编号：3454750
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人体头部解剖学结构
5第二章人体头部结构与损伤指标2.1概述在碰撞事故发生过程中，由于惯性力和接触力作用在人体的各个部位，相应的组织会产生生物力学响应，若该响应超出了人体组织可以产生的最大极限，从而使得人体组织正常生理功能的变化或丧失，这时就发生了人体损伤。而人体组织在这个过程中发生有关的力学知识称为碰撞生物力学[35]，或损伤生物力学。因此在对人体头部进行损伤生物力学研究时，首先要对人体头部的解剖学和损伤生物力学相关知识进行系统详细的了解。本章首先对人体头部的解剖学结构进行详细的介绍，再结合损伤类型对主要的头部损伤评价标准进行详细的介绍。2.2人体头部解剖学结构人体头部主要包括神经系统、感觉器官、皮肤和头颅结构。其专业的解剖学结构[36]可分为头皮、头颅、脑膜和脑组织（如图2-1，2-2所示）。而按照功能形态，人体头部可划分为颅、颅——脑之间的介质和脑。图2-1人体头部解剖学结构图2-2头部切面机构Fig.2-1HumanheadanatomyFig.2-2Headsectionstructure颅骨是人体头部的重要支撑结构，其由23块骨骼相连而成，形成了脑颅和面颅两个主要的部分。其中，脑颅呈现为卵圆形，位于整个头颅的上后部，作用是容纳脑及其附属器官；而面颅则容纳眼腔，鼻腔以及口腔等主要结构，位于整个头颅的前下部。脑颅主要由额骨、顶骨、枕骨、颞骨、蝶骨和筛骨构成（如图2-3所示）。其外部形状为卵圆形，内部与脑的相应结构类似。额骨位于脑颅的前上部，顶骨则位于额骨的后部两侧，额骨和顶骨组成的结构称为颅顶；颞骨位于脑颅的侧面中下部，枕骨则位于其后下方。面颅由15块骨骼组成，其中上颌骨以及下颌骨是最大的2块，其余较小的骨骼围绕上、下颌骨分布；头皮有5到7毫米厚[37]，在颅骨外侧均匀的覆盖。
6图2-3颅骨结构Fig.2-3Skullstructure人体的脑主要由大脑、小脑和脑干组成（如图2-4所示）。图2-4脑组织Fig.2-4Braintissue其中，大脑处于脑颅的上部，由左右两个大脑半球构成，从组织上分，又可划分为灰质（大脑皮质）和白质（大脑髓质），可细分为额叶、顶叶、颞叶和枕叶四个结构。额叶是大脑半球在中央沟以前、大脑外侧沟以上的部分，主要负责人体的思维、演算，与个体的需求和情感相关，如果受到损伤，可能会导致人体失去主观能力、交流障碍、情绪不稳定等症状；大脑顶叶在背外侧面，其前方以中央沟为界，下方以大脑外侧裂为界，后方以自顶枕裂的上端至枕前切迹所作的一条虚线，大脑顶叶区有感觉中枢以及其他许多重要结构，如果受到损伤，可会出现大脑皮层性异常感觉或感觉障碍、运用不能（失用症）、失读症、病灶对侧同向性下象限盲、空间定位障碍及身体萎缩等症状；颞叶位于外侧裂下方，由颞上沟和颞下沟分为颞上回、颞中回、颞下回，主要负责处理听觉信息，也与记忆和情感有关，一旦受损，可导致语言理解困难，失忆等症状；枕叶是大脑以顶枕沟至枕前切迹的连线为前界，枕极为后端的脑叶，主要负责语言处理、动作感觉、抽象概念及视觉信息，枕叶病损时不仅会发生视觉障碍，而且容易出现记忆缺陷和运动知觉障碍等症状。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种智能安全头盔的研究与设计[J]. 熊玉梅,孔元元. 福建电脑. 2017(09)
[2]颅脑有限元模型演化规律及其生物力学研究进展[J]. 羊玢,曹立波,陈宁,Tse Kwong Ming,Lee Heow Pueh. 医用生物力学. 2014(06)
[3]头盔标准ECE R22—2002和GB 811—2010机械强度项目对比及完善性研究[J]. 陈振益,温为才,付东明. 机械设计. 2013(03)
[4]摩托车乘员头盔标准与检测[J]. 黄旺森. 质量探索. 2012(06)
[5]应用于头部损伤生物力学研究的三维有限元模型发展概况[J]. 赵玮,阮世捷,李海岩. 中国生物医学工程学报. 2011(01)
[6]有限元法的发展现状及应用[J]. 陈锡栋,杨婕,赵晓栋,范细秋. 中国制造业信息化. 2010(11)
[7]头部撞击损伤的有限元模型建立[J]. 裴永生,阮世捷,李海岩,张亮亮. 燕山大学学报. 2009(05)
[8]基于虚拟仪器技术的头盔碰撞性能测试系统的研制[J]. 刘强. 科技信息. 2009(21)
[9]头盔质量特性高精度测试仪研究[J]. 杨忠,吴惠祥,姜遇红,樊琼剑. 仪器仪表学报. 2009(02)
[10]非机动车驾驶人佩戴安全头盔相关问题[J]. 缪明月,栗继红,蔡娜. 道路交通与安全. 2007(01)
硕士论文
[1]基于摩托车事故重建的头盔损伤防护性能研究[D]. 陈吉光.湖南大学 2013
[2]颅脑有限元模型的构建和锤碰撞颅脑左侧的计算机模拟及分析[D]. 芦俊鹏.天津科技大学 2006
[3]三维人体颅脑有限元模型构建和颅脑正面碰撞分析[D]. 何培.天津科技大学 2006
本文编号：3454750
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