【摘要】：在各類型的交通事故中,人體的頭頸部是最容易受到創(chuàng)傷的部位,往往發(fā)生嚴(yán)重或致命的損傷。頭頸部損傷導(dǎo)致傷者長(zhǎng)期受后遺癥的影響,甚至喪失生活的能力,給社會(huì)和個(gè)人造成了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和精神損失。研究頭頸部在交通事故中的損傷機(jī)理以及防護(hù)技術(shù),在保護(hù)乘員具有重大的意義。頭頸部數(shù)字模型是研究汽車碰撞中頭頸部損傷機(jī)理以及防護(hù)重要的手段。本文的目的是建立一個(gè)肌肉主動(dòng)力主控制、具有自適應(yīng)能力、生物逼真度更高的人體頭頸部有限元模型,并對(duì)其進(jìn)行前、后碰撞驗(yàn)證;并利用該模型研究碰撞中頸部肌肉主動(dòng)力對(duì)頭頸部動(dòng)力學(xué)響應(yīng)以及頸部損傷的影響。本文首先概述了前、后碰撞中頭頸部損傷機(jī)理及其運(yùn)動(dòng)學(xué)理論、頭頸部解剖學(xué)知識(shí)、骨骼肌肉微觀生物力學(xué)及其本構(gòu)模型;針對(duì)已有頭頸部有限元模型存在的不足對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn);根據(jù)神經(jīng)肌肉控制理論、經(jīng)典控制理論和Hill肌肉材料屬性特點(diǎn),擬定了頭頸部肌肉主動(dòng)力控制方案,采用LS-DYNA關(guān)鍵字編寫控制程序,在有限元軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了肌肉主動(dòng)力對(duì)頭頸部模型的控制;最后在前、后碰撞條件下驗(yàn)證了具有肌肉主動(dòng)力控制的頭頸部模型的有效性,并將添加了主動(dòng)力控制的頭頸部模型應(yīng)用于后碰撞模型中,研究肌肉主動(dòng)力在追尾碰撞中對(duì)頭頸部運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)及頭頸部損傷的影響。研究結(jié)果表明,含肌肉主動(dòng)力控制的頭頸部模型在前、后碰撞仿真中與志愿者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較好的吻合性,通過(guò)反饋控制所獲得的激活等級(jí)曲線具有很好的延時(shí)性,并可根據(jù)不同碰撞條件下頭頸部的不同狀態(tài)輸出相應(yīng)的激活等級(jí),進(jìn)而提高了人體頭頸部有限元模型的自適應(yīng)能力;混合假人后碰撞損傷研究表明,在相同的碰撞強(qiáng)度下,主動(dòng)態(tài)模型相對(duì)于被動(dòng)態(tài)模型,各損傷指標(biāo)值有所降低,肌肉主動(dòng)力作用明顯,可有效的降低頭頸部損傷的風(fēng)險(xiǎn)。
[Abstract]:In all kinds of traffic accidents, the head and neck of human body is the most vulnerable to injury, often serious or fatal injury. The head and neck injuries cause the injured to be affected by sequelae for a long time, even lose their ability to live, and cause huge economic burden and mental loss to the society and individuals. It is of great significance to study the injury mechanism and protection technology of head and neck in traffic accidents. The digital model of head and neck is an important method to study the damage mechanism and protection of head and neck in automobile collision. The purpose of this paper is to establish a finite element model of human head and neck with self-adaptive ability and higher biological fidelity, and verify it before and after collision. The model was used to study the effect of the main force of the neck muscle on the dynamic response of the head and neck and the neck injury. In this paper, the mechanism of head and neck injury and its kinematics theory, anatomical knowledge of head and neck, bone and muscle microbiomechanics and its constitutive model are summarized. Aiming at the shortcomings of the existing finite element model of head and neck, it is further improved. According to the neuromuscular control theory, the classical control theory and the properties of Hill muscle material, the main dynamic control scheme of head and neck muscles was developed, and the control program was written by LS-DYNA keyword. The control of the head and neck model is realized on the finite element software platform. Finally, the effectiveness of the head and neck model with muscle dynamic control is verified under the condition of front and rear impact, and the head and neck model with the addition of main dynamic control is applied to the post impact model. To study the effect of muscle force on the kinematic response of head and neck and head and neck injury in rear-end collision. The results show that the model of head and neck with muscle main power control is in good agreement with the experimental data of volunteers in the simulation of rear impact, and the curve of activation grade obtained by feedback control has a good delay. According to the different states of head and neck under different collision conditions, the corresponding activation level can be outputted, and the adaptive ability of the finite element model of human head and neck can be improved. The research on post-impact damage of hybrid dummy shows that under the same impact intensity, the damage index values of the main dynamic model are lower than that of the dynamic model, and the effect of muscle main force is obvious, which can effectively reduce the risk of head and neck injury.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U467.14

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本文編號(hào)：2303829