發(fā)布時(shí)間：2017-09-04 12:30

  本文關(guān)鍵詞：三歲兒童乘員下肢有限元模型構(gòu)建及損傷分析

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【摘要】：近年來我國陸續(xù)實(shí)施了《機(jī)動(dòng)車兒童乘員使用約束系統(tǒng)》(GB27887—2011)、《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》(GB7258—2012)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但在中國大陸至今仍缺少強(qiáng)制使用兒童安全座椅的相關(guān)法律。關(guān)于兒童損傷防護(hù)的研究可為將來相關(guān)法律的頒布提供數(shù)據(jù)支持,目前關(guān)于兒童乘員的頭部和胸部損傷防護(hù)研究較多,但是關(guān)于下肢保護(hù)的研究相對(duì)較少。為完善兒童下肢損傷防護(hù)數(shù)據(jù),本文應(yīng)用有限元分析方法構(gòu)建高生物仿真度的三歲兒童乘員下肢有限元模型并進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)研究。本研究從兒童CT圖像中提取下肢骨骼、肌肉和皮膚的幾何模型,并參照FMVSS 213、ECER44和C-NCAP等法規(guī)規(guī)定,結(jié)合現(xiàn)有兒童座椅標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范確定三歲兒童的坐姿角度,將兒童站姿幾何模型依據(jù)確定的角度進(jìn)行調(diào)整,隨后進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。構(gòu)建長骨有限元模型時(shí)參照CT圖像與生長板解剖學(xué)知識(shí)單獨(dú)提取出生長板。構(gòu)建完成的三歲兒童乘員下肢有限元模型包含24條肌肉、3根長骨、髕骨、足骨、肌腱、韌帶、脂肪和皮膚等組織,包含84187個(gè)單元和83697個(gè)節(jié)點(diǎn),該模型具有較高的生物仿真度。應(yīng)用構(gòu)建完成的有限元模型研究了生長板對(duì)下肢損傷結(jié)果的影響。針對(duì)生長板設(shè)置了彎曲試驗(yàn)和剪切試驗(yàn),在每種試驗(yàn)中含生長板和不含生長板的下肢有限元模型在同種碰撞條件下進(jìn)行模擬試驗(yàn),研究結(jié)果表明生長板的存在會(huì)極大地改變下肢損傷結(jié)果,例如長骨骨折位置及韌帶損傷呈現(xiàn)顯著性差異。同時(shí)探討了髖內(nèi)翻患者的股骨力學(xué)特性,通過構(gòu)建四種不同HE角(Hilgenreiner epiphyseal angle)的股骨有限元模型,對(duì)比研究髖內(nèi)翻患者股骨頸的受力情況以及病情發(fā)展趨勢(shì),結(jié)果表明HE角越大,股骨頸內(nèi)側(cè)剪應(yīng)力越大,剪應(yīng)力的存在會(huì)加重髖內(nèi)翻的病情。研究結(jié)果對(duì)我國的兒童乘員下肢損傷研究和損傷防護(hù)技術(shù)的開發(fā)具有一定的參考價(jià)值,并對(duì)進(jìn)一步探究生長板損傷機(jī)理和髖內(nèi)翻病情發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【關(guān)鍵詞】：三歲兒童 乘員下肢 有限元分析 生長板損傷 髖內(nèi)翻
【學(xué)位授予單位】：天津科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U467.14
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 前言8-14
• 1.1 選題背景及研究意義8
• 1.2 損傷生物力學(xué)概述8-9
• 1.3 兒童乘員保護(hù)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)9-10
• 1.4 兒童乘員安全性研究方法10-12
• 1.4.1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)10
• 1.4.2 尸體實(shí)驗(yàn)10
• 1.4.3 兒童假人10-11
• 1.4.4 有限元模型11-12
• 1.5 本文研究內(nèi)容12-13
• 1.6 本文創(chuàng)新點(diǎn)13-14
• 2 三歲兒童乘員下肢幾何模型的構(gòu)建14-23
• 2.1 幾何模型提取14-17
• 2.1.1 下肢幾何模型的初步構(gòu)建14-15
• 2.1.2 下肢幾何模型的修復(fù)15-16
• 2.1.3 站姿CAD模型16-17
• 2.2 兒童乘員坐姿角度的調(diào)整17-21
• 2.2.1 調(diào)整角度的確定17-19
• 2.2.2 角度調(diào)整過程19-21
• 2.3 下肢幾何模型的調(diào)整與修復(fù)21-22
• 2.4 兒童乘員下肢幾何模型22-23
• 3 三歲兒童乘員下肢有限元模型的構(gòu)建23-42
• 3.1 兒童和成人下肢生理結(jié)構(gòu)的差異23-25
• 3.2 兒童乘員下肢有限元模型的構(gòu)建25-27
• 3.2.1 網(wǎng)格單元的選取25
• 3.2.2 網(wǎng)格大小的確定25-26
• 3.2.3 TrueGrid網(wǎng)格構(gòu)建及劃化26-27
• 3.2.4 HyperMesh網(wǎng)格調(diào)整及優(yōu)化27
• 3.3 下肢各組織有限元模型的構(gòu)建27-32
• 3.3.1 含生長板的長骨有限元模型27-29
• 3.3.2 膝關(guān)節(jié)有限元模型29-30
• 3.3.3 踝關(guān)節(jié)有限元模型30
• 3.3.4 肌肉有限元模型30-32
• 3.4 下肢整體有限元模型構(gòu)建32-35
• 3.4.1 肌肉的連接32-33
• 3.4.2 肌腱的連接33
• 3.4.3 皮膚和脂肪的構(gòu)建及調(diào)整33-35
• 3.4.4 網(wǎng)格質(zhì)量檢查35
• 3.5 下肢有限元模型組織材料特性35-38
• 3.5.1 生物體材料組織特性35-37
• 3.5.2 線性粘彈性材料模型37-38
• 3.6 兒童乘員下肢有限元模型驗(yàn)證38-42
• 3.6.1 試驗(yàn)設(shè)置38-40
• 3.6.2 仿真試驗(yàn)結(jié)果與討論40-42
• 4 三歲兒童乘員下肢損傷機(jī)理分析42-62
• 4.1 生長板損傷類型42-43
• 4.2 生長板材料屬性43-45
• 4.3 汽車側(cè)碰中生長板損傷研究45-50
• 4.3.1 汽車側(cè)碰45
• 4.3.2 下肢損傷分析45-50
• 4.4 汽車正碰中生長板損傷研究50-55
• 4.4.1 汽車正面碰撞50
• 4.4.2 含生長板模型膝關(guān)節(jié)損傷分析50-53
• 4.4.3 不含生長板模型膝關(guān)節(jié)損傷分析53-55
• 4.5 髖內(nèi)翻股骨的力學(xué)分析55-62
• 4.5.1 髖內(nèi)翻患病機(jī)理與手術(shù)治療55-58
• 4.5.2 試驗(yàn)設(shè)置58-59
• 4.5.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論59-62
• 5 結(jié)論與展望62-64
• 6 參考文獻(xiàn)64-70
• 7 致謝70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：791579