爆炸冲击波作用下胸壁动态响应与肺部损伤的关系

发布时间：2021-04-10 07:34

　　目的获得不同爆炸冲击波作用下兔肺部损伤度和胸壁变形速度,分析胸壁变形速度与肺部损伤度之间的函数关系。方法开展兔冲击伤实验,获得等效90 g TNT炸药爆炸条件下0. 5、0. 6、0. 7、0. 9、1. 0、1.2 m爆炸距离处兔肺部伤情;建立兔胸部有限元计算模型,对实验工况进行数值模拟,获得胸壁变形速度;通过数据拟合,建立兔胸壁变形速度与肺部损伤度之间的关系。结果 0. 5、0. 6 m处的兔当场死亡,胸壁变形速度分别为2. 10、1. 46 m/s; 0. 7 m处的兔中度损伤,胸壁变形速度为1. 10 m/s; 0. 9、1. 0、1. 2 m处的兔轻伤,胸壁变形速度分别为0. 64、0. 51、0. 35 m/s。兔肺部损伤度与胸壁变形速度之间的关系为?=0. 3192·V3. 0119。结论胸壁变形速度与肺部损伤度有明显的相关性,可以用来预测爆炸冲击波作用下肺部损伤伤情。 

【文章来源】：转化医学杂志. 2019,8(03)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

不同爆炸距离处胸壁变形速度历史曲线

图3爆炸距离0．5m处不同时刻胸壁变形速度分布图4不同爆炸距离处胸壁变形速度历史曲线图5肺部损伤度随胸壁变形速度的变化曲线3讨论爆炸冲击波对含气组织器官的损伤最为严重，特别是肺脏，损伤率最高、损伤程度也最重［6-8］。因此，爆炸冲击波致肺部损伤受到国内外学者广泛研究。Clemedson等［9-12］通过研究表明，爆炸冲击波与人体相互作用引发多器官损伤，含气器官最易受到创伤，肺水肿、肺出血及动脉气栓是造成人员死亡的主要因素，冲击波超压、作用时间及波形共同决定了创伤效应。徐立和金海［13］通过实验证明密闭环境中大鼠肺部爆炸伤伤情随冲击波强度的增大而加重，死亡率随体内肿瘤坏死因子-α及白细胞介素-6的增加而升高。Axelsson和Yelverton［14］建立人体胸部一维动力学模型，将冲击波的测量结果作为输入参数，得到胸壁的速度响应，给出爆炸冲击波创伤效应与胸壁速度峰值之间的关系。Stuhmiller等［15］对Axelsson和Yelverton提出的模型和计算方法进行改进，以肺组织吸收的能量为创伤参数，得到肺组织的定量创伤关系，计算结果和实验数据完全符合。vanderVoort等［16］针对冲击波正压持续时间不同，提出了作用于空气自由场人体载荷的计算方法，建立了一种预测爆炸伤伤情的工程化模型。本研究利用实验和数值模拟相结合的方法，获得不同冲击波作用下兔肺部损伤度和胸壁变形速度，建立肺部损伤度与胸壁变形速度之间的关系。利用数值模拟方法对爆炸冲击波作用下胸部动态响应进行研究越来越受到国内外学者的重视。Greer［17］和Thom［18］采用有限元程序分析不同爆炸环境中人

CS和3-MATIC反向建模软件，重构兔胸部几何模型，并利用HYPERMESH有限元前处理软件划分网格，建立兔胸部有限元计算模型。利用ANSYS/AUTODYN有限元分析软件对实验工况进行数值模拟，获得爆炸冲击波作用下兔胸壁的变形速度。长径比1∶1的柱形装药爆炸产生的空气冲击波与兔胸部相互作用之前，近似以球对称形式向四周传播。因此，可以通过两步模拟冲击波对兔胸部的致伤效应。第一步利用一维计算模型模拟冲击波形成;第二步将一维计算结果作为初始条件，模拟冲击波对兔胸部的损伤效应。图1为空气冲击波致兔胸部损伤的有限元计算模型。采用Euler-Lagrange流固耦合算法模拟冲击波与兔胸部的相互作用，空气域采用无反射边界条件以避免冲击波在边界的反射，空气采用理想气体状态方程，炸药爆轰产物采用JWL状态方程，兔胸部肌肉、心脏、肺脏采用线粘弹性本构模型，骨骼采用弹性本构模型，胸部主要材料参数见表1所示。图1空气冲击波致兔胸部损伤有限元模型表1兔胸部主要材料参数E/GPaνG0/kPaG∞/kPaK/GPaβρ/g·cm－3肌肉－－2001952．90．11．20肺脏－－67650．7440．10．60心脏－－67650．7440．11．00椎骨0．3550．26－－－－1．33肋骨9．50．20－－－－1．08胸骨9．50．25－－－－1．25肩胛9．50．20－－－－1．082结果2.1肺部损伤伤情0.5、0.6m处实验动物当场死亡，肺部出现弥漫性出血;0.7m处的实验动物，肺部出现片状出血，属中度损伤;0.9、1.0m处实验动物，肺部有点状出血，属轻度损伤;1.2m处实验动物，肺部有少量点状出血，属于轻度损伤。图2为利用自由场压力传感器测量的冲击波峰值超压随


本文编号：3129244