汽車交通事故中,乘員安全是一個全球關(guān)注的重要問題,其中兒童乘員安全問題至關(guān)重要。因為兒童相對成人來講,具有特殊的生理結(jié)構(gòu)特性。在交通事故導(dǎo)致的兒童損傷中,頸部損傷是導(dǎo)致兒童乘員病痛甚至死亡的一種重要形式。對兒童頸部損傷機制進行研究可以在汽車設(shè)計的安全性和降低兒童乘員頸部損傷的研究中作為參考。由于兒童生理結(jié)構(gòu)的特殊性,兒童損傷研究一直以來都是復(fù)雜卻重要的課題。兒童尸體實驗、志愿者實驗、假人實驗是常用的研究兒童頸部損傷的有效方式,但尸體實驗樣本獲取困難,成本高;志愿者實驗為保障志愿者安全局限性較大;假人實驗難以模擬真實的人體損傷。近些年,計算機技術(shù)飛速發(fā)展,有限元仿真技術(shù)得到強有力的硬件支撐,有限元模型因其仿真度高、成本低等優(yōu)點而成為研究損傷生物力學(xué)的重要方法。本研究基于3歲兒童頭頸部有限元模型研究兒童頸部在屈伸運動過程中的生物力學(xué)響應(yīng)。完善了現(xiàn)有3歲兒童頭頸部有限元模型,重構(gòu)兒童頸部彎曲尸體實驗,進一步驗證了 3歲兒童頭頸部有限元模型有效性;對比分析了有無肌肉組織對頸部彎曲生物力學(xué)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,彎曲仿真試驗的力矩與旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)曲線與尸體實驗力矩與旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)曲線相符,該模型有效性得到驗證... 

【文章來源】：天津科技大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－丨頸部的基本運動??

?Ｉ前言???．＇７’、?．?’＇Ｃ?廠．？??彎矩?壓力?拉力?扭矩?剪切力??圖丨－２頸部承受的載荷??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｌｏａｄ?ｔｏ?ｂｅａｒ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｎｅｃｋ??４、后碰撞過程中頸部響應(yīng)??汽車后碰撞過程中，頭頸部的運動響應(yīng)一般分為三個階段｜１４１，如圖１－３所示。??第一階段?第二階段?第三階段???？??？??？??Ｄ??圖１－３后碰撞中頭頸部運動過程??Ｆｉｇ．?１－３?Ｈｅａｄ?ａｎｄ?ｎｅｃｋ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｉｎ?ｒｅａｒ?ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ?ｐｒｏｇｒｅｓｓ??第一階段：回收?／?仲展（Ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎ／Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）??在后碰撞過程中，碰撞瞬間車身加速度向前，乘員頭頸部受到慣性力保持原有??運動趨勢，汽車靠背作用于乘員胸部，使得乘員胸部不得不向前運動并出現(xiàn)上提趨勢，??此時乘員的頭部相對于乘員胸部在水平方向上向后移動，頸部頸椎出現(xiàn)典型的運動：??反“Ｓ”型運動，即頸部頸椎的靠下的部分伸展而上部分彎曲，相對較大的剪切力和??轉(zhuǎn)矩作用于頸椎中比較靠下的部分，致使頸部椎間盤受到壓縮，壓縮方向為軸向，然??后整個頸部繼續(xù)向后傾斜，整個頸部仲展。??第二階段：向前的運動（Ｆｏｒｗａｒｄ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ）??汽車座椅分為有無頭枕兩種情況：有頭枕時，乘員頭部在向后的運動過程中將與??頭枕接觸，頭部會受到頭枕一個反方向的力，頭部后仰受到阻礙，在頭部受到反作用??力的情況下，頭部將改變運動趨勢，轉(zhuǎn)換為向前運動；無頭枕時，乘員頭部在碰撞過??程中持續(xù)向后運動，頸部一直保持伸展趨勢，當(dāng)頭部向后運動或頸部伸展到極限后，??頭部將出現(xiàn)反向運動，

其運動趨勢，并驅(qū)動乘員軀千也保持同樣的運動，當(dāng)乘員軀干運動到乘員胸部接觸到??汽車的安全帶時，乘員將受到安全帶的約束，由于受到在安全帶約束力，乘員頸部將??向前彎曲，此時頸部處于拉伸狀態(tài)，并且這種拉伸狀態(tài)在頭部向前運動到達極限之前??將一直維持。??頭頸部運動響應(yīng)的上述三個階段是后碰撞期間頭頸部運動響應(yīng)的典型運動過程，??第二階段和第三階段稱為“回彈過程（Ｒｅｂｏｕｎｄ?ｐｈａｓｅ）”??５、前碰撞過程中頸部響應(yīng)??汽車前碰撞過程中，頭頸部的運動響應(yīng)一般也分為三個階段［１６】。如圖１－４所示。??第一階段??在前碰撞過程中，碰撞瞬間車身加速度向后，乘員胸肩部隨著汽車座椅受到相同??的向后的加速度，頭部由于慣性作用保持原有的運動趨勢與運動速度，頭部相對于頸??部向前水平移動無轉(zhuǎn)動，此時頸椎運動中典型的“Ｓ”型運動出現(xiàn)，頸部最大剪切力、??軸向壓縮力和轉(zhuǎn)矩發(fā)生在Ｃ５和Ｃ６之間。隨著頸部與頭部之間切向力的存在頭部向前??旋轉(zhuǎn)，直到頸椎最大彎曲角度出現(xiàn)。??第一階段?第二階段?第三階段???？??？??？??圖１－４前碰撞過程頭頸部的運動??Ｆｉｇ?１－４?Ｈｅａｄ?ａｎｄ?ｎｅｃｋ?ｍｏｖｅｍｅｎｔ?ｉｎ?ｆｏｒｍｅｒ?ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ?ｐｒｏｇｒｅｓｓ??第二階段??頸部彎曲到最大值后，頭部開始向后運動，帶動頸部反向運動，頭頸部反彈至碰??撞前的初始位置。??第三階段??當(dāng)乘員所在的座椅帶有頭枕時，頭部運動到一定位置后由于頭枕的約束作用頭部??向前反彈，此時頭部的運動幅度較校無頭枕時，頭部在水平方向上向后運動，此時??典型的反“ｓ”型運動出現(xiàn)。繼而，頭部將保持其原有的運動直至整個頸椎伸展。??１．４

【參考文獻】：
期刊論文
[1]肌肉生物仿真度對六歲兒童胸部碰撞生物力學(xué)響應(yīng)的影響[J]. 崔世海,單蕾蕾,李海巖,呂文樂,賀麗娟,阮世捷.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2017(01)
[2]6歲兒童全頸有限元模型的構(gòu)建及驗證[J]. 呂文樂,阮世捷,李海巖,崔世海,賀麗娟,王春祥.  醫(yī)用生物力學(xué). 2016(02)
[3]3歲兒童C4-C5頸椎有限元模型開發(fā)及拉伸、彎曲驗證[J]. 曹立波,魏嵬,張冠軍.  中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報. 2015(01)
[4]后碰撞中人體頸椎骨的有限元分析[J]. 王芳,張建國,薛強.  中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報. 2009(05)
[5]車輛事故中兒童頸部損傷分析和建議[J]. 林輝.  汽車與安全. 2008(11)
[6]基于揮鞭樣損傷研究的頸部有限元模型的建立及驗證[J]. 張建國,周蕊,薛強.  中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報. 2008(03)
[7]基于CT圖像全頸椎三維有限元模型的建立及驗證[J]. 盧暢,韓珂,李晶,王冰,呂國華.  中南大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版). 2008(05)
[8]上海地區(qū)少年兒童頸椎骨成熟度與手腕骨成熟度的相關(guān)研究[J]. 孫燕,游清玲,劉泓虎.  上�？谇会t(yī)學(xué). 2007(04)
[9]兒童上頸椎骨損傷[J]. 賈連順,劉洪奎,李家順,侯鐵勝.  中華創(chuàng)傷雜志. 1993(04)

碩士論文
[1]三歲兒童頸部有限元模型的構(gòu)建及損傷分析[D]. 杜治青.天津科技大學(xué) 2016
[2]汽車追尾碰撞中兒童頸椎損傷機理的研究[D]. 田健.天津科技大學(xué) 2015



本文編號：3376981