本文關(guān)鍵詞：高仿生度人體頸部碰撞分析模型建模及損傷機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：車輛碰撞過程中,頸部是最容易受傷的部位之一。利用有限元方法建立頸部有限元模型,進(jìn)而利用實驗所得數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行有效性驗證,并利用驗證后的模型進(jìn)行頸部損傷機(jī)理的探索已經(jīng)成為目前頸部損傷研究最常用的方法。國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)建立了多個人體頸部有限元力學(xué)模型并開展了頸部損傷機(jī)理的探究。但由于頸部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,現(xiàn)有模型網(wǎng)格劃分時,通常進(jìn)行了大量的簡化,使得模型不夠精細(xì);模型一般只開展頸部無肌肉模型的跌落實驗及有肌肉模型的志愿者后碰撞臺車試驗驗證,而很少開展軸向拉伸及屈伸、側(cè)彎及扭轉(zhuǎn)實驗的驗證,模型的仿真驗證相對較少;現(xiàn)有模型用實體單元或殼單元連接相鄰椎骨實現(xiàn)對關(guān)節(jié)的模擬,雖然可以較準(zhǔn)確的模擬頸椎整體的運動模式,但在局部組織的應(yīng)力/應(yīng)變方面以及伴有頭部旋轉(zhuǎn)的分析工況時存在不足,不能真實的表達(dá)由關(guān)節(jié)軟骨面、囊韌帶和關(guān)節(jié)腔組成的關(guān)節(jié)的生理功能,其仿生度還存在較大的提升空間。針對以上問題,本文開展了如下工作:(1)人體頸部高仿生度有限元模型的建立。基于50百分位中國男性成年志愿者的CT掃描數(shù)據(jù),獲取了椎骨三維幾何模型,并對其進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分。接著根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)對關(guān)節(jié)、韌帶等組織進(jìn)行了建模,并根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)定義各組織材料參數(shù),得到最終的人體頸部有限元模型。該模型包括頸椎椎骨(C1-C7)及一節(jié)胸椎椎骨(T1)、韌帶、椎間盤、小關(guān)節(jié)和肌肉,以及顱骨與C1和C1與C2之間的可以模擬頭部點頭、后仰及旋轉(zhuǎn)的寰枕關(guān)節(jié)和寰樞關(guān)節(jié)。本文將所建立的頸部模型與之前的頭部模型進(jìn)行連接,最終得到一個具有比以往模型更高仿生度的頭頸部模型。(2)基于文獻(xiàn)的頸部實驗仿真驗證�；赑anjabi等人進(jìn)行的頸椎前屈/后伸/側(cè)屈/旋轉(zhuǎn)實驗,開展模型的仿真驗證,考核韌帶、椎間盤、關(guān)節(jié)等對椎骨活動度的影響;基于Van等人進(jìn)行的椎骨軸向拉伸實驗,開展頸椎拉伸仿真驗證,考核頭部約束條件和偏心拉伸載荷對頸部響應(yīng)的影響;基于Nightingale等人進(jìn)行的頭/頸部模型跌落試驗,開展了無肌肉頭頸部模型的仿真驗證,考核頸部屈曲模式與實驗的一致性;基于Davidson等人進(jìn)行的志愿者低速后碰撞臺車試驗,開展了包含肌肉的頸部模型的仿真驗證,考核頸部模型整體運動模式與真實人體運動模式的一致性。(3)后碰撞頭頸部生物力學(xué)響應(yīng)研究。以低速后碰撞為例,利用本文驗證后的頭/頸部模型進(jìn)行仿真分析,給出了后面碰撞上頸椎韌帶、關(guān)節(jié)囊韌帶、椎間盤及椎骨響應(yīng)參數(shù),并評估了頸部各組織可能發(fā)生的損傷及頸部損傷的機(jī)理。本文所建立的頸部模型較以往模型仿生度更好,可用于交通事故中頸部損傷機(jī)理的研究,并為汽車碰撞中乘員傷害評價研究提供參考。
【關(guān)鍵詞】：高仿生度 有限元模型 頸部 關(guān)節(jié) 后碰撞
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R681.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 車輛碰撞中頸部損傷的研究背景和意義11
• 1.2 頸部損傷機(jī)理11-12
• 1.3 頸部損傷準(zhǔn)則12-14
• 1.4 頸部模型的發(fā)展14-18
• 1.5 課題研究內(nèi)容18-21
• 第2章 人體頭頸部有限元模型的建立21-41
• 2.1 椎骨幾何模型的建立21-24
• 2.2 上頸椎的生理結(jié)構(gòu)及有限元模型建立24-31
• 2.2.1 上頸椎生理結(jié)構(gòu)24-26
• 2.2.2 上頸椎網(wǎng)格劃分26-27
• 2.2.3 上頸椎關(guān)節(jié)模型的建立27-29
• 2.2.4 關(guān)節(jié)副接觸定義29-30
• 2.2.5 上頸椎韌帶模型的建立30-31
• 2.3 下頸椎生理結(jié)構(gòu)及有限元網(wǎng)格劃分31-34
• 2.3.1 下頸椎生理結(jié)構(gòu)31-32
• 2.3.2 下頸椎網(wǎng)格劃分32-33
• 2.3.3 下頸椎關(guān)節(jié)模型建立33-34
• 2.4 椎間盤解剖結(jié)構(gòu)及椎間盤有限元模型的建立34-35
• 2.5 韌帶解剖結(jié)構(gòu)及韌帶有限元模型的建立35-36
• 2.6 肌肉解剖結(jié)構(gòu)及肌肉有限元模型的建立36-38
• 2.7 頸部有限元模型與頭部模型的接合38-39
• 2.8 頸部主要組織材料參數(shù)39-41
• 第3章 基于文獻(xiàn)的人體頭頸部有限元模型驗證41-57
• 3.1 基于Panjabi前屈/后伸/側(cè)屈/旋轉(zhuǎn)實驗數(shù)據(jù)驗證41-44
• 3.1.1 實驗描述41
• 3.1.2 仿真邊界條件的設(shè)定41-42
• 3.1.3 仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比分析42-44
• 3.2 基于Van軸向拉伸實驗數(shù)據(jù)驗證44-48
• 3.2.1 實驗描述44-45
• 3.2.2 仿真邊界條件的設(shè)定45-46
• 3.2.3 仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比分析46-48
• 3.3 基于Nightingale頭頸部跌落實驗數(shù)據(jù)驗證48-52
• 3.3.1 實驗描述48-49
• 3.3.2 仿真邊界條件的設(shè)定49
• 3.3.3 仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比分析49-52
• 3.4 基于Davidsson后碰撞臺車實驗數(shù)據(jù)驗證52-57
• 3.4.1 實驗描述52-53
• 3.4.2 仿真邊界條件的設(shè)定53
• 3.4.3 仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比分析53-57
• 第4章 后碰撞頭頸部生物力學(xué)響應(yīng)57-65
• 4.1 后碰撞仿真模擬57-58
• 4.1.1 碰撞條件的設(shè)定57
• 4.1.2 仿真模擬與乘員動力學(xué)響應(yīng)對比分析57-58
• 4.2 頸部損傷研究58-62
• 4.2.1 主要韌帶響應(yīng)參數(shù)分析58-59
• 4.2.2 椎間盤響應(yīng)參數(shù)分析59-61
• 4.2.3 椎骨響應(yīng)參數(shù)分析61-62
• 4.3 低速后碰撞頸部耐受分析62-63
• 4.4 頸部損傷預(yù)測63-65
• 4.3.1 韌帶損傷63
• 4.3.2 椎間盤損傷63-64
• 4.3.3 椎骨損傷64-65
• 第5章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 論文的主要研究工作65
• 5.2 論文的創(chuàng)新點65
• 5.3 后續(xù)工作展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 作者簡介及科研成果73-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 鄭祖丹;吳斌;于峰;胡偉強(qiáng);;追尾碰撞頸部揮鞭傷害的試驗研究[J];汽車技術(shù);2013年10期

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2 胡浩;車輛碰撞事故中顱腦損傷建模與傷害評價研究[D];吉林大學(xué);2014年

3 杜登云;人體頸椎建模及車輛后碰撞頸部損傷研究[D];吉林大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：高仿生度人體頸部碰撞分析模型建模及損傷機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：304366