反映中国人体特征的参数化下肢建模与乘员碰撞损伤研究
发布时间：2022-01-09 14:25
汽车在为人们带来便利的同时,也带来了交通事故和人员伤亡,在正面碰撞事故中,下肢是最容易受到伤害的部位。有限元仿真分析被广泛用于乘员保护研究,现有人体有限元模型没有考虑性别、年龄、身高和身体质量系数等人体特征的多样性,且下肢模型几何尺寸来自美国人体,而中美人体下肢差异尚未得到充分研究。本文提出了参数化下肢建模流程和方法,旨在基于中国人体CT数据建立反映中国人体特征的参数化下肢有限元模型,研究人体特征参数对下肢几何形态和碰撞损伤响应的影响,并同步建立美国人体下肢模型,探究中美人体下肢几何形态和碰撞损伤响应差异。本文提出了适用于参数化下肢建模的表面投影方法和基于CT扫描的下肢密质骨厚度估算方法,开展了尸体试验,标定并验证了估算方法中的关键参数。基于中美人体下肢CT扫描数据,本文通过标志点识别、网格变换与表面投影、密质骨厚度估计和主成分与回归分析等主要步骤,建立了以人体特征参数为自变量的包含骨骼形状尺寸和密质骨厚度分布的下肢统计学模型,并研究了人体特征参数对上述骨骼几何形态的影响。结果表明,人体特征参数对下肢骨骼形状尺寸具有显著影响,但影响方式在中美人体之间存在差异,人体特征参数对密质骨厚度分...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
人体下肢组成与区域划分[12]
的边界和约束条件很难控制，试验方法也缺少统一标准，试验结果也具有较强离散性。本节选择介绍近年内比较有代表性的完整人体和下肢尸体试验。Kent等[22]使用8具尸体（3具肥胖，5具非肥胖）进行了48km/h的正面台车碰撞试验，研究了肥胖程度对乘员运动轨迹和损伤机理的影响，如图1.2所示。Shaw等[23]使用8具男性尸体开展了40km/h的正面台车碰撞试验，该研究应用了运动捕捉系统记录了样本骨骼在碰撞过程中的运动轨迹，并对胸部压缩量和肋骨骨折机理进行了研究，如图1.3所示，图中标记的位置即为用于运动捕捉的标志点。图1.248km/h正面台车尸体试验[22]图1.340km/h正面台车尸体试验[23]Ivarsson等[24]用来自25具尸体的股骨进行了轴向和弯曲复合加载试验，得到安全带固定点
也缺少统一标准，试验结果也具有较强离散性。本节选择介绍近年内比较有代表性的完整人体和下肢尸体试验。Kent等[22]使用8具尸体（3具肥胖，5具非肥胖）进行了48km/h的正面台车碰撞试验，研究了肥胖程度对乘员运动轨迹和损伤机理的影响，如图1.2所示。Shaw等[23]使用8具男性尸体开展了40km/h的正面台车碰撞试验，该研究应用了运动捕捉系统记录了样本骨骼在碰撞过程中的运动轨迹，并对胸部压缩量和肋骨骨折机理进行了研究，如图1.3所示，图中标记的位置即为用于运动捕捉的标志点。图1.248km/h正面台车尸体试验[22]图1.340km/h正面台车尸体试验[23]Ivarsson等[24]用来自25具尸体的股骨进行了轴向和弯曲复合加载试验，得到安全带固定点
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国人肋骨密质骨厚度的测定与特征分析[J]. 李沛雨,许述财,杜雯菁,李浩,张金换. 清华大学学报(自然科学版). 2017(08)
[2]基于中国人体测量学尺寸的假人头部跌落试验的仿真研究[J]. 曹立波,张恺,颜凌波,汤骏. 汽车工程. 2016(07)
[3]基于中国人体特征的正面碰撞假人的开发策略探讨[J]. 曹立波,黄新刚,戴黄伟,颜凌波. 中国机械工程. 2014(10)
[4]关注碰撞中易受伤害人群:用于损伤生物力学研究的有限元人体模型最新进展（英文）[J]. 胡敬文,Jonathan D. RUPP,Matthew P. REED. 汽车安全与节能学报. 2012(04)
[5]基于汽车与行人碰撞载荷特点的下肢长骨建模[J]. 张冠军,曹立波,官凤娇,孙光永,Yang King H. 力学学报. 2011(05)
[6]股骨近端三维几何形态重建[J]. 汪伟,王岩,崔健,韩刚. 中华外科杂志. 2003(10)
[7]中国人股骨近端几何形态参数的测量和分类[J]. 薛文东,戴克戎,汤亭亭,龙公. 生物医学工程学杂志. 2002(01)
博士论文
[1]面向自适应约束系统的多体征乘员碰撞仿真与损伤分析[D]. 张恺.湖南大学 2018
[2]姿态及体型对碰撞中行人下肢运动和损伤响应的影响研究[D]. 唐吉思.清华大学 2017
[3]汽车碰撞中胸部生物力学响应与损伤评估研究[D]. 蔡志华.华南理工大学 2013
[4]行人下肢的碰撞损伤特性及相关参数研究[D]. 张冠军.湖南大学 2009
硕士论文
[1]基于THUMS的东西方5百分位女性碰撞响应差异分析[D]. 杨洁.清华大学 2016
[2]行人和乘员下肢生物力学损伤分析与应用[D]. 黄伟.华南理工大学 2016
[3]六岁儿童乘员下肢碰撞响应及损伤机理研究[D]. 王思雨.天津科技大学 2015
[4]基于中国人体特征的下肢几何建模与长骨验证[D]. 吕方.清华大学 2015
[5]应用于汽车碰撞安全研究的人体胸部有限元模型的建立与仿真验证[D]. 雷旦.华南理工大学 2011
本文编号：3578885
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
人体下肢组成与区域划分[12]
的边界和约束条件很难控制，试验方法也缺少统一标准，试验结果也具有较强离散性。本节选择介绍近年内比较有代表性的完整人体和下肢尸体试验。Kent等[22]使用8具尸体（3具肥胖，5具非肥胖）进行了48km/h的正面台车碰撞试验，研究了肥胖程度对乘员运动轨迹和损伤机理的影响，如图1.2所示。Shaw等[23]使用8具男性尸体开展了40km/h的正面台车碰撞试验，该研究应用了运动捕捉系统记录了样本骨骼在碰撞过程中的运动轨迹，并对胸部压缩量和肋骨骨折机理进行了研究，如图1.3所示，图中标记的位置即为用于运动捕捉的标志点。图1.248km/h正面台车尸体试验[22]图1.340km/h正面台车尸体试验[23]Ivarsson等[24]用来自25具尸体的股骨进行了轴向和弯曲复合加载试验，得到安全带固定点
也缺少统一标准，试验结果也具有较强离散性。本节选择介绍近年内比较有代表性的完整人体和下肢尸体试验。Kent等[22]使用8具尸体（3具肥胖，5具非肥胖）进行了48km/h的正面台车碰撞试验，研究了肥胖程度对乘员运动轨迹和损伤机理的影响，如图1.2所示。Shaw等[23]使用8具男性尸体开展了40km/h的正面台车碰撞试验，该研究应用了运动捕捉系统记录了样本骨骼在碰撞过程中的运动轨迹，并对胸部压缩量和肋骨骨折机理进行了研究，如图1.3所示，图中标记的位置即为用于运动捕捉的标志点。图1.248km/h正面台车尸体试验[22]图1.340km/h正面台车尸体试验[23]Ivarsson等[24]用来自25具尸体的股骨进行了轴向和弯曲复合加载试验，得到安全带固定点
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国人肋骨密质骨厚度的测定与特征分析[J]. 李沛雨,许述财,杜雯菁,李浩,张金换. 清华大学学报(自然科学版). 2017(08)
[2]基于中国人体测量学尺寸的假人头部跌落试验的仿真研究[J]. 曹立波,张恺,颜凌波,汤骏. 汽车工程. 2016(07)
[3]基于中国人体特征的正面碰撞假人的开发策略探讨[J]. 曹立波,黄新刚,戴黄伟,颜凌波. 中国机械工程. 2014(10)
[4]关注碰撞中易受伤害人群:用于损伤生物力学研究的有限元人体模型最新进展（英文）[J]. 胡敬文,Jonathan D. RUPP,Matthew P. REED. 汽车安全与节能学报. 2012(04)
[5]基于汽车与行人碰撞载荷特点的下肢长骨建模[J]. 张冠军,曹立波,官凤娇,孙光永,Yang King H. 力学学报. 2011(05)
[6]股骨近端三维几何形态重建[J]. 汪伟,王岩,崔健,韩刚. 中华外科杂志. 2003(10)
[7]中国人股骨近端几何形态参数的测量和分类[J]. 薛文东,戴克戎,汤亭亭,龙公. 生物医学工程学杂志. 2002(01)
博士论文
[1]面向自适应约束系统的多体征乘员碰撞仿真与损伤分析[D]. 张恺.湖南大学 2018
[2]姿态及体型对碰撞中行人下肢运动和损伤响应的影响研究[D]. 唐吉思.清华大学 2017
[3]汽车碰撞中胸部生物力学响应与损伤评估研究[D]. 蔡志华.华南理工大学 2013
[4]行人下肢的碰撞损伤特性及相关参数研究[D]. 张冠军.湖南大学 2009
硕士论文
[1]基于THUMS的东西方5百分位女性碰撞响应差异分析[D]. 杨洁.清华大学 2016
[2]行人和乘员下肢生物力学损伤分析与应用[D]. 黄伟.华南理工大学 2016
[3]六岁儿童乘员下肢碰撞响应及损伤机理研究[D]. 王思雨.天津科技大学 2015
[4]基于中国人体特征的下肢几何建模与长骨验证[D]. 吕方.清华大学 2015
[5]应用于汽车碰撞安全研究的人体胸部有限元模型的建立与仿真验证[D]. 雷旦.华南理工大学 2011
本文编号：3578885
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