【摘要】：汽車碰撞容易對兒童頸部造成損傷,由于兒童頸部處于生長發(fā)育階段,其頸部損傷比例比成年人更高,49.4%的頸部損傷是由于尾撞導(dǎo)致的。目前國內(nèi)外對成人頸部的損傷研究較多,而對車輛尾撞中兒童頸部損傷研究較少。因此,開展汽車尾撞工況下兒童頸部損傷研究有助于提高兒童頸部的損傷防護(hù)。采用創(chuàng)新性方法將30個(gè)3-10歲的兒童頸部CT樣本自動提取出能夠代表頸椎椎骨復(fù)雜三維形態(tài)的幾何標(biāo)志點(diǎn)。依據(jù)各樣本的幾何標(biāo)志點(diǎn),利用主成分分析和回歸的方法建立兒童頸部幾何統(tǒng)計(jì)學(xué)模型。根據(jù)建立的模型,可以預(yù)測出不同年齡和頸部周長的兒童頸椎的空間幾何形態(tài)。另外,運(yùn)用混合線性模型統(tǒng)計(jì)了 30個(gè)模型的年齡、椎骨位置及兩者之間相互作用對椎骨長度、寬度及椎體周長和椎體高度的影響顯著性。依據(jù)6歲兒童的頸部CT數(shù)據(jù),首先采用分塊-投影的方式對具有復(fù)雜空間形態(tài)的頸椎椎骨劃分了高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格,然后按照解剖學(xué)結(jié)構(gòu)建立頸部的椎間盤、軟骨、韌帶和肌肉等網(wǎng)格模型;最后對建立的每一部分模型定義了材料的本構(gòu)方程及相應(yīng)參數(shù),完成整個(gè)兒童頸椎有限元模型的建立。針對建立的頸部有限元模型,基于文獻(xiàn)中的尸體試驗(yàn)數(shù)據(jù)依次對C0-C2、C4-C5、C6-C7以及整個(gè)頸椎進(jìn)行仿真驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明建立的頸部模型具有較高的生物逼真度。為了使用經(jīng)驗(yàn)證的有限元模型評價(jià)車輛尾撞工況下頸部的損傷情況,首先,在MYDYMO中建立了假人-座椅多體動力學(xué)模型,按照真實(shí)的尾撞工況進(jìn)行仿真獲得了假人頸椎底部的加速度曲線;然后,將獲取的加速度曲線作為邊界條件施加在有限元模型的T1頸椎段上進(jìn)行尾撞工況下仿真;其次,根據(jù)仿真結(jié)果,分析頭頸部有限元模型中各組織的生物力學(xué)響應(yīng)及頸部損傷情況;最后,對座椅靠背的剛度和尾撞加速度曲線進(jìn)行參數(shù)化仿真分析,分析參數(shù)變化對兒童頸部損傷的影響規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U467.14
【圖文】：

Ａｒｂｏｇａｓｔ等Ｗ通過２０個(gè)６－１４歲的兒童志愿者研宄了頭頸部之間的力學(xué)傳遞響逡逑應(yīng)，將兒童志愿者通過安全帶約束在臺車上，進(jìn)行了平均減速度為３ｇ的臺車正面逡逑碰撞試驗(yàn)，如圖１－２所示。通過追蹤標(biāo)記點(diǎn)的形式記錄了頭頂、外耳道、Ｃ４、Ｔ１逡逑等位置的軌跡曲線。通過對不同年齡兒童志愿者軌跡點(diǎn)的記錄發(fā)現(xiàn)：隨著兒童志逡逑愿者年齡減小，樣本的標(biāo)志點(diǎn)向前的位移量有著明顯的增加，頸椎發(fā)生前屈并且逡逑有更多的向上的移動量。發(fā)生頭頸部彎曲的位置大部分是在Ｃ６－Ｔ１的位置而不是逡逑發(fā)生在頸椎的上部，年齡越小的志愿者個(gè)體，發(fā)生前屈的位移量也越大。逡逑圖１－２兒童志愿者低速臺車碰撞實(shí)驗(yàn)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋ｏｎ邋ｃｈｉｌｄｒｅｎ邋ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓ邋ａｔ邋ｌｏｗ邋ｓｐｅｅｄ逡逑研宄人員還對成人志愿者及尸體進(jìn)行不同工況下的碰撞實(shí)驗(yàn)。Ｍｅｒｔｚ和Ｐａｔｒｉｃｋ逡逑等［６１利用志愿者和尸體樣本進(jìn)行不同速度下的碰撞實(shí)驗(yàn)，在碰撞實(shí)驗(yàn)中獲得了頸部逡逑最大彎矩、頭部加速度、軸向壓縮力、剪切力等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過觀察樣本發(fā)現(xiàn)造逡逑成頸部損傷的原因可能是軟組織的損傷；Ｆｅｎｇ邋Ｌｕａｎ等ｍ利用尸體樣本進(jìn)行追尾碰逡逑撞實(shí)驗(yàn)，得出樣本受到載荷方式與頸部運(yùn)動狀態(tài)之間的關(guān)系。逡逑Ｙｏｉｃｈｉ邋Ｗａｔａｎａｂｅ等人對志愿者進(jìn)行低速后碰撞實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)研究了駕駛員逡逑在尾撞工況下座椅特性對其運(yùn)動產(chǎn)生的影響。為了避免志愿者受到傷害，因此碰逡逑撞速度相對較低

逑歐逡逑圖１－３十歲兒童頭頸部有限元模型逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ａ邋ｔｅｎ－ｙｅａｒ－ｏｌｄ邋ｃｈｉｌｄ邋ｎｅｃｋ邋ｆｉｎｉｔｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌ逡逑呂文樂［１８］等人開發(fā)了一個(gè)６歲兒童全頸有限元模型，該模型基于６歲兒童的逡逑ＣＴ圖像建立，包含完整的椎骨和椎間盤結(jié)構(gòu)，應(yīng)用膜單元建立的韌帶組織，肌肉逡逑和脂肪采用的是六面體單元，皮膚采用殼單元建立。模型采用的材料參數(shù)是通過逡逑縮放成人參數(shù)獲取的并應(yīng)用該模型進(jìn)行頸椎段的動態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)、全頸椎拉伸實(shí)驗(yàn)逡逑驗(yàn)證。逡逑｜ｋ：邐＼逡逑n牛眿

本文編號：2775535