面向正面碰撞的乘员腰椎生物力学模型与损伤机理

发布时间：2023-04-02 11:24

　　新一代车型配置了更先进的乘员约束系统,但是在汽车正面碰撞中乘员的腰椎部分却更易受到伤害,其主要原因在于汽车碰撞与人体生物力学研究领域内没有腰椎损伤的测量方案和腰椎损伤级别的评价方法,腰椎骨折损伤问题还未得到重视与解决。本文首先建立并验证了考虑高速碰撞载荷下材料应变率效应、失效准则的腰椎有限元模型,基于此腰椎生物力学模型研究了正面碰撞中的冲击参数对腰椎损伤的影响。研究发现正面碰撞中腰椎轴向冲击速度与乘员腰椎损伤具有显著的相关性,此速度越大,乘员腰椎椎体最大主应变越大(P=0.009);汽车座椅泡沫的厚度越厚,乘员腰椎椎体最大主应变越低(P=0.039)。基于生物力学逼真度高的腰椎有限元模型和82个真实人体腰椎CT扫描数据,使用网格变换、主成分分析和回归分析等方法,建立基于年龄、身高、体质指数(BMI:Body Mass Index)、性别和腰椎曲率的参数化人体腰椎有限元模型,该参数化腰椎有限元模型可以较好的基于体征参数对于腰椎椎体几何以及腰椎曲率进行预测。基于参数化腰椎模型研究人体体征参数与腰椎几何和腰椎损伤风险的关系。建立简化的正面碰撞有限元模型,分别对男性和女性研究身高、BMI和年龄...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 正面碰撞中乘员腰椎损伤机理的研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 碰撞试验法规与汽车安全评价标准
        1.2.2 腰椎损伤机理研究
        1.2.3 腰椎骨折致伤因素
        1.2.4 人体腰椎有限元模型开发现状
        1.2.5 参数化腰椎有限元模型研究现状
    1.3 本文研究主要内容
2 人体腰椎生物力学模型
    2.1 人体腰椎解剖学结构
    2.2 人体腰椎生物力学模型
        2.2.1 腰椎生物力学模型的建立
        2.2.2 腰椎生物力学模型的验证
    2.3 正面碰撞有限元模型建立
    2.4 腰椎损伤敏感性分析
    2.5 结果和讨论
3 参数化人体腰椎生物力学模型
    3.1 参数化人体腰椎生物力学模型的建模流程
    3.2 人体腰椎三维几何模型和标记点
    3.3 网格变换
    3.4 形状统计分析
        3.4.1 空间位置匹配
        3.4.2 主成分分析和回归分析
        3.4.3 主成分和体征参数的关系
    3.5 参数化腰椎几何模型误差分析
        3.5.1 参数化腰椎几何模型整体误差
        3.5.2 参数化腰椎几何模型椎体位置误差
        3.5.3 参数化腰椎几何模型腰椎几何误差
    3.6 参数化腰椎生物力学模型
    3.7 结果与讨论
4 不同体征人体腰椎模型与损伤分析
    4.1 腰椎椎体几何尺寸和腰椎曲率
    4.2 人体体征参数和腰椎几何尺寸
        4.2.1 12个腰椎样本
        4.2.2 多元线性回归分析
    4.3 人体体征参数与腰椎曲率
        4.3.1 12个腰椎样本
        4.3.2 正交试验分析
    4.4 不同体征参数与人体腰椎材料参数
    4.5 不同人体体征参数对腰椎损伤的影响
    4.6 不同腰椎曲率与腰椎损伤
    4.7 结果与讨论
5 正面碰撞中乘员腰椎损伤机理研究
    5.1 全身人体有限元模型
        5.1.1 去除FASTGHBMC的腰椎
        5.1.2 生物力学腰椎模型
        5.1.3 全身人体模型
    5.2 正面碰撞有限元模型
        5.2.1 台车碰撞有限元模型
        5.2.2 导入全身人体模型
        5.2.3 安全带模型
        5.2.4 正面碰撞有限元模型
    5.3 正面碰撞基准模型仿真结果
    5.4 腰椎损伤因素参数化分析
        5.4.1 碰撞波形
        5.4.2 人体体征参数
        5.4.3 约束系统参数
    5.5 结果与讨论
6 结论
    6.1 主要结论
    6.2 主要创新点
    6.3 存在的问题与展望
参考文献
个人简介
导师简介
成果目录清单
致谢



本文编号：3779138