基于六岁儿童整人有限元模型的头颈部损伤机理研究

发布时间：2022-07-13 13:57

　　头颈部损伤是交通事故中最常见的一种损伤类型,也是造成乘员死亡的主要原因之一。近几十年来,人们对事故中成人损伤机理的研究取得了很大进展,并通过优化调整车身结构、被动安全装置等措施降低了成人头颈部损伤的严重程度,但对儿童损伤的相关研究却十分有限。从生理结构特征来看,儿童不是缩小版的成人,且骨骼、软组织等结构并未发育完全,和成人在解剖学结构上仍存在一定差异性,所以两者的损伤机理及数据并不是简单的缩放关系。本研究使用的六岁儿童整人有限元模型是在完全遵照儿童生理结构特征的基础上构建的具有高仿真度的生物力学计算模型,能最大限度地还原事故中儿童的损伤过程,对于研究儿童损伤机理、提高儿童损伤防护具有重要意义。为探讨汽车在正面碰撞过程中,约束系统的误用对乘坐于后排的6岁儿童乘员头颈部的损伤影响,对比分析了该儿童有限元模型在正确以及错误使用约束系统情况下的头颈部损伤机理。结果表明,仅使用增高垫时,儿童颈部作用力、力矩最小,但最大颅内压力、最大Von Mises应力、脑组织最大主应变等值远大于其损伤阈值,会导致儿童头部产生致命的脑损伤;仅使用成人三点式安全带时,儿童颈部作用力、力矩最大,会对儿童颈部造成严重... 

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 论文研究背景
    1.2 损伤生物力学基础理论
    1.3 头颈部解剖学结构及损伤机理研究
        1.3.1 头部解剖学结构
        1.3.2 头部损伤类型及损伤机理
        1.3.3 颈部解剖学结构
        1.3.4 颈部损伤类型及损伤机理
    1.4 人体损伤生物力学研究方法
        1.4.1 人体实验
        1.4.2 动物实验
        1.4.3 假人模型
        1.4.4 计算机仿真模型
    1.5 本文主要研究内容
2 六岁儿童整人有限元模型及儿童约束系统概述
    2.1 六岁儿童整人有限元模型概述
    2.2 儿童约束系统概述
        2.2.1 儿童约束系统的组成及分类
        2.2.2 儿童约束系统的保护原理
        2.2.3 儿童约束系统的使用情况
        2.2.4 儿童约束系统的选用建议
    2.3 儿童约束系统认证的相关法规介绍
    2.4 本章小结
3 约束系统误用时儿童乘员的生物力学响应及头颈部损伤评估
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 有限元模型概述
        3.2.2 仿真设置
    3.3 实验结果
        3.3.1 仿真模型的运动学响应
        3.3.2 头部损伤准则
        3.3.3 脑组织响应
        3.3.4 颈部响应
        3.3.5 颈部损伤基准
    3.4 讨论
    3.5 本章小结
4 不同约束系统中儿童乘员的损伤机理研究
    4.1 引言
    4.2 仿真方案设置
    4.3 仿真结果与讨论
        4.3.1 头部质心合加速度
        4.3.2 脑组织Von Mises应力
        4.3.3 颅内压
        4.3.4 脑组织剪切应力
        4.3.5 颈部力学分析
        4.3.6 胸腹部压缩量
    4.4 本章小结
5 儿童安全座椅中填充吸能泡沫在侧碰中对头部损伤的影响
    5.1 引言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 吸能泡沫材料
        5.2.2 仿真模型建立
    5.3 仿真结果与讨论
        5.3.1 头部性能指标
        5.3.2 脑组织Von Mises应力
        5.3.3 颅内压
        5.3.4 脑组织剪切应力
        5.3.5 泡沫内能和接触力
        5.3.6 PU泡沫不同参数保护效果对比
    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]中国汽车工程学术研究综述·2017[J]. 《中国公路学报》编辑部.  中国公路学报. 2017(06)
[2]不同载荷作用下头部生物力学响应仿真分析[J]. 毛征宇,李泽民,牛文鑫,蔡志华.  医用生物力学. 2016(06)
[3]颅脑组织材料参数对儿童头部冲击响应的影响[J]. 陈越,崔世海,李海岩,贺丽娟,阮世捷.  医用生物力学. 2016(03)
[4]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)
[5]基于ECE R129法规的儿童座椅侧面碰撞台车试验系统[J]. 张金换,杨帆,周勇,吴文旺.  汽车安全与节能学报. 2015(03)
[6]早期药物治疗对脑震荡患者后遗症的影响[J]. 付艳华.  中国社区医师. 2014(08)
[7]6岁儿童头部有限元模型的构建与验证[J]. 阮世捷,李盼东,李海岩,赵玮.  中国生物医学工程学报. 2012(04)
[8]第95百分位中国人头部颅脑相对位移的有限元评估[J]. 李海岩,赵玮,阮世捷,崔世海.  医用生物力学. 2012(02)
[9]ISOFIX型儿童座椅正面碰撞台车试验的有限元仿真[J]. 胡佳,水野幸治.  汽车工程. 2011(05)

硕士论文
[1]基于有限元模型的六岁儿童颅脑损伤分析[D]. 王晨.天津科技大学 2015
[2]基于六岁儿童乘员有限元模型的胸部碰撞损伤分析[D]. 卫志强.天津科技大学 2015
[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]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
[5]汽车前碰撞中6岁儿童乘员约束系统的仿真研究[D]. 杨杏梅.湖南大学 2006



本文编号：3660164