本文選題：人體上身　切入點：攔阻降落　出處：《天津科技大學(xué)》2013年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在第二次世界大戰(zhàn)諸多重要海上戰(zhàn)役中航母展現(xiàn)出了強大的作戰(zhàn)威力,因此取得了“海戰(zhàn)主力”的寶座。二戰(zhàn)后的局部戰(zhàn)爭中航母也起著舉足輕重的作用。航母之所以成為海戰(zhàn)主力,關(guān)鍵在于其特有的武器裝備——艦載機。艦載機著艦需要攔阻裝置使其能夠在最短的時間內(nèi)降落停止,因此著艦過程被認(rèn)為是極其危險的環(huán)節(jié)。艦載機在阻攔著艦的瞬間其尾鉤通過攔阻索障礙,產(chǎn)生強大的沖擊力使得飛行員受到非線性變化的加速度載荷。從而對飛行員造成嚴(yán)重的身體損傷,尤其是軀干和頭頸部等。據(jù)統(tǒng)計約有70%的艦載機飛行員有頭頸部損傷,并因此而導(dǎo)致平均3個飛行日的停飛,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失且影響正常飛行訓(xùn)練。隨著計算機的廣泛應(yīng)用,生物力學(xué)研究過程中最常用便捷的方法為有限元模型仿真法。針對飛機攔阻降落中飛行員易于受傷的現(xiàn)狀,本論文以飛行員為研究對象。選定身高為175cm,體重為65kg的男性志愿者為建模素材,通過對其進(jìn)行螺旋CT掃描生成后續(xù)建立有限元模型的圖像數(shù)據(jù)。應(yīng)用Mimics進(jìn)行圖像可視化、Geomagic軟件進(jìn)行模型優(yōu)化及曲面片劃分、TrueGrid進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到有限元模型。模型建立了人體上身組織及簡易座椅,人體組織包括了顱骨、大腦組織、頸椎、鎖骨、肩胛骨、胸椎、肋骨、肋軟骨、椎間盤、胸骨及重要肌肉及其韌帶。整體模型共有161669個節(jié)點、113930個單元,主要采用六面體單元和索單元進(jìn)行描述。應(yīng)用日本機動車研究所(JARI)的志愿者后碰撞試驗數(shù)據(jù)在LS-DYNA中進(jìn)行沖擊動力學(xué)仿真,得出的仿真結(jié)果與試驗結(jié)果基本相符,從而驗證了有限元模型的有效性。應(yīng)用有效的有限元模型,對飛機降落攔阻過程中人體受到的沖擊進(jìn)行動力學(xué)仿真得到人體各組織的動力學(xué)響應(yīng)參數(shù)。對其分析研究得出全部椎骨中胸椎T1的受力最大,頸椎C1的應(yīng)變最大,容易產(chǎn)生損傷；胸部各組織結(jié)構(gòu)中,鎖骨及其第三肋骨極易產(chǎn)生骨折；椎間盤中C7-T1之間椎間盤的應(yīng)力應(yīng)變最大,容易產(chǎn)生椎間盤突出損傷。根據(jù)仿真結(jié)果結(jié)合現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)臨床成果對飛行員進(jìn)行損傷預(yù)測和分析,給出了一些有效的降低飛行員損傷的防護(hù)措施。
[Abstract]:Aircraft carriers have shown great operational power in many important naval campaigns in World War II. The aircraft carrier also played an important role in the local war after the second World War. The aircraft carrier became the main force of the naval battle. The key lies in its unique weapon equipment-the carrier aircraft. The landing of the carrier aircraft requires an arresting device to enable it to land and stop in the shortest possible time. So the landing process is considered an extremely dangerous part. The aircraft's tail hook passes through the cable barrier at the moment of the ship's landing. A strong impact force causes the pilot to be subjected to a nonlinear variable acceleration load, which causes serious physical damage to the pilot, especially the trunk and head and neck. According to statistics, about 70% of the pilots of the shipborne aircraft have head and neck injuries. As a result, an average of three flight days were grounded, causing serious economic losses and affecting normal flight training. The most common and convenient method in biomechanics research is finite element model simulation. In this paper, the pilot was chosen as the research object. Male volunteers with height of 175 cm and weight of 65 kg were selected as modeling materials. The image data of the finite element model was generated by spiral CT scanning, the model was optimized by using the Mimics software and the model was meshed by the surface slice division. The finite element model was obtained. The upper body tissue of the human body and the simple seat have been built. The human body consists of skull, brain tissue, cervical vertebra, clavicle, scapula, thoracic vertebra, rib, costal cartilage, intervertebral disc, sternum and important muscles and ligaments. In this paper, the hexahedron element and cable element are used to describe the impact dynamics of the volunteers in LS-DYNA. The simulation results are in good agreement with the experimental results. The validity of the finite element model is verified. The dynamic response parameters of various human tissues were obtained by dynamic simulation of the impact on the human body during the landing and stopping process of the aircraft. The results of analysis and study showed that the stress of the thoracic vertebrae T1 was the largest, and the strain of the cervical spine C1 was the largest in all the vertebrae. Easily damaged; the clavicle and its third rib are prone to fracture in the various structures of the chest; the intervertebral disc between C7-T1 is the most stress-strain. It is easy to cause disc herniation injury. According to the simulation results and the existing medical clinical results, the damage prediction and analysis of pilots are carried out, and some effective protective measures to reduce the pilots' injury are given.
【學(xué)位授予單位】：天津科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：E926.392;R85

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本文編號：1567023