基于碰撞損傷分析的頭盔設(shè)計(jì)及其驗(yàn)證
發(fā)布時(shí)間:2021-10-24 06:20
在世界衛(wèi)生組織2015年最新公布的道路安全全球現(xiàn)狀報(bào)告中顯示,2013年因道路交通事故而死亡的人數(shù)為125萬人。其中,在所有因道路交通事故而死亡的人群中,半數(shù)是行人(22%)、騎自行車者(4%)和騎摩托車者(23%),且這一數(shù)據(jù)基本趨于穩(wěn)定。在這之中,頭部是騎行人在交通事故中致死損傷概率最高的部位。因此,對上述人群采取有效的保護(hù)措施刻不容緩。論文首先回顧了頭部損傷生物力學(xué)的發(fā)展歷程,詳細(xì)介紹了人體頭部的結(jié)構(gòu)劃分以及頭部損傷的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),目前,研究頭部損傷的方法主要有物理模型法、動(dòng)物試驗(yàn)法、尸體試驗(yàn)法和有限元法,評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有韋恩州立大學(xué)耐受限度曲線WSTC(Wayne State Tolerance Curve)、頭部沖擊程度指數(shù)SI(Severity Index)、頭部損傷評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)HIC(Head Injury Creteria)、簡明損傷定級法AIS(Abbreviated Injury Scale)、格拉斯哥昏迷分級指數(shù)GCS(Glasgow Coma Scale)以及顱腦耐受限度。其次,使用手持式3D掃描儀和CATIA軟件根據(jù)真實(shí)的頭盔進(jìn)行逆向設(shè)計(jì),建立了符合實(shí)際情況的三維模型,...
【文章來源】:南京林業(yè)大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】:65 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
人體頭部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)
5第二章人體頭部結(jié)構(gòu)與損傷指標(biāo)2.1概述在碰撞事故發(fā)生過程中,由于慣性力和接觸力作用在人體的各個(gè)部位,相應(yīng)的組織會產(chǎn)生生物力學(xué)響應(yīng),若該響應(yīng)超出了人體組織可以產(chǎn)生的最大極限,從而使得人體組織正常生理功能的變化或喪失,這時(shí)就發(fā)生了人體損傷。而人體組織在這個(gè)過程中發(fā)生有關(guān)的力學(xué)知識稱為碰撞生物力學(xué)[35],或損傷生物力學(xué)。因此在對人體頭部進(jìn)行損傷生物力學(xué)研究時(shí),首先要對人體頭部的解剖學(xué)和損傷生物力學(xué)相關(guān)知識進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的了解。本章首先對人體頭部的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的介紹,再結(jié)合損傷類型對主要的頭部損傷評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。2.2人體頭部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)人體頭部主要包括神經(jīng)系統(tǒng)、感覺器官、皮膚和頭顱結(jié)構(gòu)。其專業(yè)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)[36]可分為頭皮、頭顱、腦膜和腦組織(如圖2-1,2-2所示)。而按照功能形態(tài),人體頭部可劃分為顱、顱——腦之間的介質(zhì)和腦。圖2-1人體頭部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)圖2-2頭部切面機(jī)構(gòu)Fig.2-1HumanheadanatomyFig.2-2Headsectionstructure顱骨是人體頭部的重要支撐結(jié)構(gòu),其由23塊骨骼相連而成,形成了腦顱和面顱兩個(gè)主要的部分。其中,腦顱呈現(xiàn)為卵圓形,位于整個(gè)頭顱的上后部,作用是容納腦及其附屬器官;而面顱則容納眼腔,鼻腔以及口腔等主要結(jié)構(gòu),位于整個(gè)頭顱的前下部。腦顱主要由額骨、頂骨、枕骨、顳骨、蝶骨和篩骨構(gòu)成(如圖2-3所示)。其外部形狀為卵圓形,內(nèi)部與腦的相應(yīng)結(jié)構(gòu)類似。額骨位于腦顱的前上部,頂骨則位于額骨的后部兩側(cè),額骨和頂骨組成的結(jié)構(gòu)稱為顱頂;顳骨位于腦顱的側(cè)面中下部,枕骨則位于其后下方。面顱由15塊骨骼組成,其中上頜骨以及下頜骨是最大的2塊,其余較小的骨骼圍繞上、下頜骨分布;頭皮有5到7毫米厚[37],在顱骨外側(cè)均勻的覆蓋。
6圖2-3顱骨結(jié)構(gòu)Fig.2-3Skullstructure人體的腦主要由大腦、小腦和腦干組成(如圖2-4所示)。圖2-4腦組織Fig.2-4Braintissue其中,大腦處于腦顱的上部,由左右兩個(gè)大腦半球構(gòu)成,從組織上分,又可劃分為灰質(zhì)(大腦皮質(zhì))和白質(zhì)(大腦髓質(zhì)),可細(xì)分為額葉、頂葉、顳葉和枕葉四個(gè)結(jié)構(gòu)。額葉是大腦半球在中央溝以前、大腦外側(cè)溝以上的部分,主要負(fù)責(zé)人體的思維、演算,與個(gè)體的需求和情感相關(guān),如果受到損傷,可能會導(dǎo)致人體失去主觀能力、交流障礙、情緒不穩(wěn)定等癥狀;大腦頂葉在背外側(cè)面,其前方以中央溝為界,下方以大腦外側(cè)裂為界,后方以自頂枕裂的上端至枕前切跡所作的一條虛線,大腦頂葉區(qū)有感覺中樞以及其他許多重要結(jié)構(gòu),如果受到損傷,可會出現(xiàn)大腦皮層性異常感覺或感覺障礙、運(yùn)用不能(失用癥)、失讀癥、病灶對側(cè)同向性下象限盲、空間定位障礙及身體萎縮等癥狀;顳葉位于外側(cè)裂下方,由顳上溝和顳下溝分為顳上回、顳中回、顳下回,主要負(fù)責(zé)處理聽覺信息,也與記憶和情感有關(guān),一旦受損,可導(dǎo)致語言理解困難,失憶等癥狀;枕葉是大腦以頂枕溝至枕前切跡的連線為前界,枕極為后端的腦葉,主要負(fù)責(zé)語言處理、動(dòng)作感覺、抽象概念及視覺信息,枕葉病損時(shí)不僅會發(fā)生視覺障礙,而且容易出現(xiàn)記憶缺陷和運(yùn)動(dòng)知覺障礙等癥狀。
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]一種智能安全頭盔的研究與設(shè)計(jì)[J]. 熊玉梅,孔元元. 福建電腦. 2017(09)
[2]顱腦有限元模型演化規(guī)律及其生物力學(xué)研究進(jìn)展[J]. 羊玢,曹立波,陳寧,Tse Kwong Ming,Lee Heow Pueh. 醫(yī)用生物力學(xué). 2014(06)
[3]頭盔標(biāo)準(zhǔn)ECE R22—2002和GB 811—2010機(jī)械強(qiáng)度項(xiàng)目對比及完善性研究[J]. 陳振益,溫為才,付東明. 機(jī)械設(shè)計(jì). 2013(03)
[4]摩托車乘員頭盔標(biāo)準(zhǔn)與檢測[J]. 黃旺森. 質(zhì)量探索. 2012(06)
[5]應(yīng)用于頭部損傷生物力學(xué)研究的三維有限元模型發(fā)展概況[J]. 趙瑋,阮世捷,李海巖. 中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào). 2011(01)
[6]有限元法的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]. 陳錫棟,楊婕,趙曉棟,范細(xì)秋. 中國制造業(yè)信息化. 2010(11)
[7]頭部撞擊損傷的有限元模型建立[J]. 裴永生,阮世捷,李海巖,張亮亮. 燕山大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(05)
[8]基于虛擬儀器技術(shù)的頭盔碰撞性能測試系統(tǒng)的研制[J]. 劉強(qiáng). 科技信息. 2009(21)
[9]頭盔質(zhì)量特性高精度測試儀研究[J]. 楊忠,吳惠祥,姜遇紅,樊瓊劍. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2009(02)
[10]非機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)伺宕靼踩^盔相關(guān)問題[J]. 繆明月,栗繼紅,蔡娜. 道路交通與安全. 2007(01)
碩士論文
[1]基于摩托車事故重建的頭盔損傷防護(hù)性能研究[D]. 陳吉光.湖南大學(xué) 2013
[2]顱腦有限元模型的構(gòu)建和錘碰撞顱腦左側(cè)的計(jì)算機(jī)模擬及分析[D]. 蘆俊鵬.天津科技大學(xué) 2006
[3]三維人體顱腦有限元模型構(gòu)建和顱腦正面碰撞分析[D]. 何培.天津科技大學(xué) 2006
本文編號:3454750
【文章來源】:南京林業(yè)大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】:65 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
人體頭部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)
5第二章人體頭部結(jié)構(gòu)與損傷指標(biāo)2.1概述在碰撞事故發(fā)生過程中,由于慣性力和接觸力作用在人體的各個(gè)部位,相應(yīng)的組織會產(chǎn)生生物力學(xué)響應(yīng),若該響應(yīng)超出了人體組織可以產(chǎn)生的最大極限,從而使得人體組織正常生理功能的變化或喪失,這時(shí)就發(fā)生了人體損傷。而人體組織在這個(gè)過程中發(fā)生有關(guān)的力學(xué)知識稱為碰撞生物力學(xué)[35],或損傷生物力學(xué)。因此在對人體頭部進(jìn)行損傷生物力學(xué)研究時(shí),首先要對人體頭部的解剖學(xué)和損傷生物力學(xué)相關(guān)知識進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的了解。本章首先對人體頭部的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的介紹,再結(jié)合損傷類型對主要的頭部損傷評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。2.2人體頭部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)人體頭部主要包括神經(jīng)系統(tǒng)、感覺器官、皮膚和頭顱結(jié)構(gòu)。其專業(yè)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)[36]可分為頭皮、頭顱、腦膜和腦組織(如圖2-1,2-2所示)。而按照功能形態(tài),人體頭部可劃分為顱、顱——腦之間的介質(zhì)和腦。圖2-1人體頭部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)圖2-2頭部切面機(jī)構(gòu)Fig.2-1HumanheadanatomyFig.2-2Headsectionstructure顱骨是人體頭部的重要支撐結(jié)構(gòu),其由23塊骨骼相連而成,形成了腦顱和面顱兩個(gè)主要的部分。其中,腦顱呈現(xiàn)為卵圓形,位于整個(gè)頭顱的上后部,作用是容納腦及其附屬器官;而面顱則容納眼腔,鼻腔以及口腔等主要結(jié)構(gòu),位于整個(gè)頭顱的前下部。腦顱主要由額骨、頂骨、枕骨、顳骨、蝶骨和篩骨構(gòu)成(如圖2-3所示)。其外部形狀為卵圓形,內(nèi)部與腦的相應(yīng)結(jié)構(gòu)類似。額骨位于腦顱的前上部,頂骨則位于額骨的后部兩側(cè),額骨和頂骨組成的結(jié)構(gòu)稱為顱頂;顳骨位于腦顱的側(cè)面中下部,枕骨則位于其后下方。面顱由15塊骨骼組成,其中上頜骨以及下頜骨是最大的2塊,其余較小的骨骼圍繞上、下頜骨分布;頭皮有5到7毫米厚[37],在顱骨外側(cè)均勻的覆蓋。
6圖2-3顱骨結(jié)構(gòu)Fig.2-3Skullstructure人體的腦主要由大腦、小腦和腦干組成(如圖2-4所示)。圖2-4腦組織Fig.2-4Braintissue其中,大腦處于腦顱的上部,由左右兩個(gè)大腦半球構(gòu)成,從組織上分,又可劃分為灰質(zhì)(大腦皮質(zhì))和白質(zhì)(大腦髓質(zhì)),可細(xì)分為額葉、頂葉、顳葉和枕葉四個(gè)結(jié)構(gòu)。額葉是大腦半球在中央溝以前、大腦外側(cè)溝以上的部分,主要負(fù)責(zé)人體的思維、演算,與個(gè)體的需求和情感相關(guān),如果受到損傷,可能會導(dǎo)致人體失去主觀能力、交流障礙、情緒不穩(wěn)定等癥狀;大腦頂葉在背外側(cè)面,其前方以中央溝為界,下方以大腦外側(cè)裂為界,后方以自頂枕裂的上端至枕前切跡所作的一條虛線,大腦頂葉區(qū)有感覺中樞以及其他許多重要結(jié)構(gòu),如果受到損傷,可會出現(xiàn)大腦皮層性異常感覺或感覺障礙、運(yùn)用不能(失用癥)、失讀癥、病灶對側(cè)同向性下象限盲、空間定位障礙及身體萎縮等癥狀;顳葉位于外側(cè)裂下方,由顳上溝和顳下溝分為顳上回、顳中回、顳下回,主要負(fù)責(zé)處理聽覺信息,也與記憶和情感有關(guān),一旦受損,可導(dǎo)致語言理解困難,失憶等癥狀;枕葉是大腦以頂枕溝至枕前切跡的連線為前界,枕極為后端的腦葉,主要負(fù)責(zé)語言處理、動(dòng)作感覺、抽象概念及視覺信息,枕葉病損時(shí)不僅會發(fā)生視覺障礙,而且容易出現(xiàn)記憶缺陷和運(yùn)動(dòng)知覺障礙等癥狀。
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[3]頭盔標(biāo)準(zhǔn)ECE R22—2002和GB 811—2010機(jī)械強(qiáng)度項(xiàng)目對比及完善性研究[J]. 陳振益,溫為才,付東明. 機(jī)械設(shè)計(jì). 2013(03)
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[5]應(yīng)用于頭部損傷生物力學(xué)研究的三維有限元模型發(fā)展概況[J]. 趙瑋,阮世捷,李海巖. 中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào). 2011(01)
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[7]頭部撞擊損傷的有限元模型建立[J]. 裴永生,阮世捷,李海巖,張亮亮. 燕山大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(05)
[8]基于虛擬儀器技術(shù)的頭盔碰撞性能測試系統(tǒng)的研制[J]. 劉強(qiáng). 科技信息. 2009(21)
[9]頭盔質(zhì)量特性高精度測試儀研究[J]. 楊忠,吳惠祥,姜遇紅,樊瓊劍. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2009(02)
[10]非機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)伺宕靼踩^盔相關(guān)問題[J]. 繆明月,栗繼紅,蔡娜. 道路交通與安全. 2007(01)
碩士論文
[1]基于摩托車事故重建的頭盔損傷防護(hù)性能研究[D]. 陳吉光.湖南大學(xué) 2013
[2]顱腦有限元模型的構(gòu)建和錘碰撞顱腦左側(cè)的計(jì)算機(jī)模擬及分析[D]. 蘆俊鵬.天津科技大學(xué) 2006
[3]三維人體顱腦有限元模型構(gòu)建和顱腦正面碰撞分析[D]. 何培.天津科技大學(xué) 2006
本文編號:3454750
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