基于六岁儿童行人有限元模型的头部及下肢损伤机理研究
发布时间：2022-01-08 00:15
道路交通事故已经成为威胁人类生命安全的重要因素之一。相对成人,儿童因为身体发育,社会认知的有限,在道路上显得更为弱势。受各方面因素的影响,目前关于儿童行人损伤的研究相对较少。因此,利用有限元的方法,建立不同步态和不同碰撞方位的仿真实验,研究步态和碰撞方位对六岁儿童行人头部及下肢的运动学和损伤响应的影响非常必要。本文基于实验室开发的六岁儿童行人站姿有限元模型,面向Euro NCAP六岁儿童行人模型姿势的要求,构建六岁儿童行人走姿模型。利用站姿和走姿两种步态的六岁儿童行人有限元模型进行行人-汽车侧面碰撞仿真实验,主要对比了头部和下肢的运动及损伤的异同。结果表明,肩部和头部撞击引擎盖的位置及下肢的运动有明显差异。头部撞击引擎盖的初始速度均小于车的初始速度11m/s。走姿状态时面骨损伤高于站姿,站姿颅骨骨折和脑损伤风险高于走姿。骨盆和撞击侧股骨损伤差别较小。股骨骨折一侧的膝关节的损伤小于未出现骨折一侧;走姿状态时的对撞侧的半月板损伤风险明显高于站姿。对于胫骨,站姿条件下的左侧胫骨（撞击侧）有最大的损伤风险;对于腓骨,则是走姿状态时的右侧腓骨有最大的损伤风险。利用走姿行人模型进行四种碰撞方位的仿...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１不同类型道路使用者的道路交通死亡情况（２０１３年）??Ｆｉｇ．?１－１?Ｒｏａｄ?ｔｒａｆｆｉｃ?ｍｏｒｔａｌｉｔｙ?ａｍｏｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｒｏａｄ?ｕｓｅｒｓ?（２０１３）??
?天津科技大学硕士学位论文???６０?［?＾?Ｃ＾６０?ＩＢ?１－３岁￣??军５。、＿?豐１?匕５。?Ｉ?＿４－６岁??｛?｜Ｊ?ａｉｌ?｜：：；?Ｉ??头面部下肢胸部腹部骨盆上肢?头面部下肢胸部腹部骨盆??（ａ）?（ｂ）??图１－３儿童行人损伤分布：（ａ）?ＡＩＳ２＋；?（ｂ）?ＡＩＳ３＋??Ｆｉｇ．?１－３?Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ?ｉｎｊｕｒｙ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｉｎ?ｃｈｉｌｄｒｅｎ：?（ａ）?ＡＩＳ２＋；?（ｂ）?ＡＩＳ３＋??１．２行人碰撞损伤研究现状??１．２．１碰撞生物力学模型??碰撞生物力学又被称为损伤生物力学，属于生物力学研宄的一个分支。碰撞生物??力学以研宄冲击时人体的响应和降低损伤风险为目的。它的研宄领域包括损伤的定义、??受伤机理的分析、人体冲击响应、损伤参数和损伤阈值的定量化、保护系统的开发以??及冲击发生时与人体产生同样响应的碰撞假人和计算机模型的开发等。目前碰撞生物??力学模型主要包括志愿者、尸体、碰撞假人和计算机模型［９］等。??１．２．１．１志愿者??志愿者实验是在不产生损伤及疼痛的低负荷条件下实施的，用来分析无损伤情况??下的人体响应。志愿者实验结果在研究肌肉紧张对人体动态响应影响方面发挥作用，??同时可以作为碰撞假人及计算机模型开发的参考。但，志愿者实验在样本选择上具有??很大局限性，即志愿者多为运动员等参加过训练的年轻人，并不能代表儿童、老年人??和女性等弱势群体的特征。志愿者实验再实施之前需要向伦理审查委员会提交实验计??划书并得到其认可。??１．２．１．２尸体实验??尸体实验，也称为ＰＭＨＳＴ?（Ｐｏｓｔ?Ｍｏｒｔａｌ?Ｈｕｍａｎ?Ｓｕｂｊｅ
人??在车辆的认证实验中经常用到碰撞假人。碰撞假人有金属或塑料制作的骨骼及人??体软组织组成。碰撞假人上安装有输出某些损伤参数的传感器，可以输出头部质心加??速度、胸部变形量、脊柱加速度、骨盆加速度和膝关节加速度等人体碰撞损伤参数。??根据碰撞方向及不同的体型碰撞假人可以分为很多种类。如有正面碰撞假人，侧面碰??撞假人；儿童假人，第五百分位假人，第五十百分位假人等。典型的行人假人模型有：??Ａｋｉｙａｍａ?Ａ［１８】等在本田公司资助下开发的极地ＩＩ?（ＰＯＬＡＲ?ＩＩ）行人测试假人如图１－４??（ｂ）?，?Ｂｊｏｅｒｋｌｕｎｄ?Ｍ［１９＿开发的Ａｕｔｏｌｉｖ成人假人模型，Ｈａｙａｍｉｚｕ，?Ｎ?＿等开发的??Ａｕｔｏｌｉｖ六岁儿童假人模型，及Ｈｕｍａｎｅｔｉｃｓ的混ＩＩＩ系列行人假人模型［２１］，如图卜４，?ｃ。??假人模型虽然能测得某些人体损伤参数，但因碰撞假人必须满足实验的可重复性，相??同实验的结果的再现性，导致碰撞假人在材料上的仿真度不高，且并不能应用应力应??变研究人体局部损伤。运用碰撞假人研究人体碰撞生物力学具有一定的局限性。??＿會??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１－４尸体实验和假人行人模型：⑻尸体实验；（ｂ）?ＰＯＬＡＲ丨丨假人；（ｃ）混ＩＩＩ假人??Ｆｉｇ．?１－４?ＰＭＨＳＴ?ａｎｄ?ｄｕｍｍｙ?ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ?ｍｏｄｅｌ：?（ａ）?ＰＭＨＳＴ；?（ｂ）?ＰＯＬＡＲ?ＩＩ?ｄｕｍｍｙ；?（ｃ）?Ｈｙｂｒｉｄ?ＩＩＩ??ｄｕｍｍｙ??１．２．１．４计算机模型??随着计算机技术及有限元理论的发展，越来越多的人体计算机模型被开发。碰撞??生物力学中用到的计算机模型主要有：多刚体模型和有限元模型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]交通事故伤中膝关节损伤192例特点及分析[J]. 胡勇. 现代医药卫生. 2014(17)
[3]350例道路交通事故膝关节损伤伤残评定分析[J]. 郭娟宁,汤政,樊爱英. 中国法医学杂志. 2012(04)
[4]汽车与行人碰撞中的损伤生物力学研究概览[J]. 杨济匡. 汽车工程学报. 2011(03)
硕士论文
[1]6岁儿童行人下肢有限元建模及碰撞响应分析[D]. 李蓓.天津科技大学 2014
[2]儿童行人头部有限元模型的碰撞仿真分析及颅脑损伤机理研究[D]. 李向楠.天津科技大学 2014
[3]六岁儿童头部的有限元建模及碰撞仿真分析[D]. 李盼东.天津科技大学 2012
本文编号：3575536
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１不同类型道路使用者的道路交通死亡情况（２０１３年）??Ｆｉｇ．?１－１?Ｒｏａｄ?ｔｒａｆｆｉｃ?ｍｏｒｔａｌｉｔｙ?ａｍｏｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｒｏａｄ?ｕｓｅｒｓ?（２０１３）??
?天津科技大学硕士学位论文???６０?［?＾?Ｃ＾６０?ＩＢ?１－３岁￣??军５。、＿?豐１?匕５。?Ｉ?＿４－６岁??｛?｜Ｊ?ａｉｌ?｜：：；?Ｉ??头面部下肢胸部腹部骨盆上肢?头面部下肢胸部腹部骨盆??（ａ）?（ｂ）??图１－３儿童行人损伤分布：（ａ）?ＡＩＳ２＋；?（ｂ）?ＡＩＳ３＋??Ｆｉｇ．?１－３?Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ?ｉｎｊｕｒｙ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｉｎ?ｃｈｉｌｄｒｅｎ：?（ａ）?ＡＩＳ２＋；?（ｂ）?ＡＩＳ３＋??１．２行人碰撞损伤研究现状??１．２．１碰撞生物力学模型??碰撞生物力学又被称为损伤生物力学，属于生物力学研宄的一个分支。碰撞生物??力学以研宄冲击时人体的响应和降低损伤风险为目的。它的研宄领域包括损伤的定义、??受伤机理的分析、人体冲击响应、损伤参数和损伤阈值的定量化、保护系统的开发以??及冲击发生时与人体产生同样响应的碰撞假人和计算机模型的开发等。目前碰撞生物??力学模型主要包括志愿者、尸体、碰撞假人和计算机模型［９］等。??１．２．１．１志愿者??志愿者实验是在不产生损伤及疼痛的低负荷条件下实施的，用来分析无损伤情况??下的人体响应。志愿者实验结果在研究肌肉紧张对人体动态响应影响方面发挥作用，??同时可以作为碰撞假人及计算机模型开发的参考。但，志愿者实验在样本选择上具有??很大局限性，即志愿者多为运动员等参加过训练的年轻人，并不能代表儿童、老年人??和女性等弱势群体的特征。志愿者实验再实施之前需要向伦理审查委员会提交实验计??划书并得到其认可。??１．２．１．２尸体实验??尸体实验，也称为ＰＭＨＳＴ?（Ｐｏｓｔ?Ｍｏｒｔａｌ?Ｈｕｍａｎ?Ｓｕｂｊｅ
人??在车辆的认证实验中经常用到碰撞假人。碰撞假人有金属或塑料制作的骨骼及人??体软组织组成。碰撞假人上安装有输出某些损伤参数的传感器，可以输出头部质心加??速度、胸部变形量、脊柱加速度、骨盆加速度和膝关节加速度等人体碰撞损伤参数。??根据碰撞方向及不同的体型碰撞假人可以分为很多种类。如有正面碰撞假人，侧面碰??撞假人；儿童假人，第五百分位假人，第五十百分位假人等。典型的行人假人模型有：??Ａｋｉｙａｍａ?Ａ［１８】等在本田公司资助下开发的极地ＩＩ?（ＰＯＬＡＲ?ＩＩ）行人测试假人如图１－４??（ｂ）?，?Ｂｊｏｅｒｋｌｕｎｄ?Ｍ［１９＿开发的Ａｕｔｏｌｉｖ成人假人模型，Ｈａｙａｍｉｚｕ，?Ｎ?＿等开发的??Ａｕｔｏｌｉｖ六岁儿童假人模型，及Ｈｕｍａｎｅｔｉｃｓ的混ＩＩＩ系列行人假人模型［２１］，如图卜４，?ｃ。??假人模型虽然能测得某些人体损伤参数，但因碰撞假人必须满足实验的可重复性，相??同实验的结果的再现性，导致碰撞假人在材料上的仿真度不高，且并不能应用应力应??变研究人体局部损伤。运用碰撞假人研究人体碰撞生物力学具有一定的局限性。??＿會??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１－４尸体实验和假人行人模型：⑻尸体实验；（ｂ）?ＰＯＬＡＲ丨丨假人；（ｃ）混ＩＩＩ假人??Ｆｉｇ．?１－４?ＰＭＨＳＴ?ａｎｄ?ｄｕｍｍｙ?ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ?ｍｏｄｅｌ：?（ａ）?ＰＭＨＳＴ；?（ｂ）?ＰＯＬＡＲ?ＩＩ?ｄｕｍｍｙ；?（ｃ）?Ｈｙｂｒｉｄ?ＩＩＩ??ｄｕｍｍｙ??１．２．１．４计算机模型??随着计算机技术及有限元理论的发展，越来越多的人体计算机模型被开发。碰撞??生物力学中用到的计算机模型主要有：多刚体模型和有限元模型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]交通事故伤中膝关节损伤192例特点及分析[J]. 胡勇. 现代医药卫生. 2014(17)
[3]350例道路交通事故膝关节损伤伤残评定分析[J]. 郭娟宁,汤政,樊爱英. 中国法医学杂志. 2012(04)
[4]汽车与行人碰撞中的损伤生物力学研究概览[J]. 杨济匡. 汽车工程学报. 2011(03)
硕士论文
[1]6岁儿童行人下肢有限元建模及碰撞响应分析[D]. 李蓓.天津科技大学 2014
[2]儿童行人头部有限元模型的碰撞仿真分析及颅脑损伤机理研究[D]. 李向楠.天津科技大学 2014
[3]六岁儿童头部的有限元建模及碰撞仿真分析[D]. 李盼东.天津科技大学 2012
本文编号：3575536
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