胸部钝性弹道冲击致间接脑损伤的力学响应数值模拟研究

发布时间：2018-01-26 19:14

本文关键词： 钝性弹道冲击间接脑损伤胸部有限元模型局部血管网络模型数值模拟　出处：《第三军医大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：钝性弹道冲击是指枪弹、破片等投射物直接或间接击中目标但未穿入的现象。在局部冲突和反恐平暴行动中，人员防护装备的应用已十分普及，投射物击中防弹衣产生的胸部钝性弹道冲击所导致的BABT(BehindArmor Blunt Trauma，防弹衣后钝性伤)发生率不断增高。研究发现，胸部钝性弹道冲击不仅造成胸部组织器官严重钝性损伤，还能导致间接脑损伤，胸部力学载荷在体内传播是引起间接脑损伤的重要因素之一。胸部与脑部之间存在三条能够产生力学传导的途径，即：血管/血液途径、椎骨途径和皮下组织途径，其中血管/血液途径是最直接的传导路径。但迄今对于胸部力学载荷向脑部传导的具体路径、以及传导路径上的力学响应特点尚不清楚。胸腔脏器、上腔血管力学响应参数的获取是胸部钝性弹道冲击损伤研究的重点与难点，针对活体动物力学测试创伤大、获得数据有限、结果一致性差等局限，本研究采用计算机建模和数值仿真技术，，通过构建人体胸部和局部血管网络有限元模型，对胸部钝性弹道冲击产生的心腔内应力分布及心血管管路内压力响应特点开展研究，为阐明胸部钝性弹道冲击致间接脑损伤的力学响应特征提供一种数值方法，为血管/血液途径致间接脑损伤的理论提供依据。本课题基于CVH(Chinese Visible Human，中国可视化人体)数据集，利用MIMICS、Geomagic、HyperMesh等软件建立人体胸部三维有限元模型和局部血管网络三维有限元模型；在ANSYS/LS-DYNA环境中对5.56mm步枪弹以910m/s撞击防弹衣后人体胸部的动力学响应过程以及压力波沿心血管管路的传播过程进行数值模拟；通过动物实验对所建模型和数值模拟结果的合理性进行检验。论文的主要工作和结论包括以下几个方面： 1、构建了人体胸部三维有限元模型，该模型包含胸部皮肤、肌肉、骨骼(含胸骨、软骨、肋骨、脊柱)、肺脏、心脏及周边结构(含心肌、左心室、左心房、右心室、右心房、升主动脉、上腔静脉和下腔静脉)，满足胸部钝性弹道冲击过程的力学响应计算需要。 2、在人体胸部有限元模型基础上叠加复合防弹板和5.56mm步枪弹模型，形成胸部钝性弹道冲击计算模型，对胸部钝性弹道冲击的力学响应过程进行数值模拟，得到心腔内应力分布以及升主动脉、上腔静脉与心脏连接口处的压力响应。 3、建立了人体上腔局部血管网络三维有限元模型(含升主动脉、主动脉弓、颈总动脉、锁骨下动脉、颈内动脉和颈外动脉)，以升主动脉入口处压力波为输入载荷，对钝性弹道冲击在心血管管路中产生的压力波传播过程进行了数值计算，得到与脑血管相连的左、右颈内动脉出口处的压力波峰值分别为35.4KPa和32.5KPa。上述力学响应参数可为脑损伤预判提供依据。 4、采用与数值模拟相同的胸部钝性弹道冲击载荷作用于试验动物，通过在动物体内安置传感器获得动物左颈总动脉和脑室内的压力波峰值分别为78.9KPa和44.0KPa，其幅值及波形特征与数值计算结果基本符合，表明本课题所建模型和数值模拟结果较为合理，能为防护后效应损伤特点和机制研究、以及防护装具的评估和优化提供新的方法。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：第三军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R651.15;R318.01

【参考文献】