汽車在為人們帶來便利的同時,也帶來了交通事故和人員傷亡,在正面碰撞事故中,下肢是最容易受到傷害的部位。有限元仿真分析被廣泛用于乘員保護研究,現(xiàn)有人體有限元模型沒有考慮性別、年齡、身高和身體質(zhì)量系數(shù)等人體特征的多樣性,且下肢模型幾何尺寸來自美國人體,而中美人體下肢差異尚未得到充分研究。本文提出了參數(shù)化下肢建模流程和方法,旨在基于中國人體CT數(shù)據(jù)建立反映中國人體特征的參數(shù)化下肢有限元模型,研究人體特征參數(shù)對下肢幾何形態(tài)和碰撞損傷響應的影響,并同步建立美國人體下肢模型,探究中美人體下肢幾何形態(tài)和碰撞損傷響應差異。本文提出了適用于參數(shù)化下肢建模的表面投影方法和基于CT掃描的下肢密質(zhì)骨厚度估算方法,開展了尸體試驗,標定并驗證了估算方法中的關(guān)鍵參數(shù)。基于中美人體下肢CT掃描數(shù)據(jù),本文通過標志點識別、網(wǎng)格變換與表面投影、密質(zhì)骨厚度估計和主成分與回歸分析等主要步驟,建立了以人體特征參數(shù)為自變量的包含骨骼形狀尺寸和密質(zhì)骨厚度分布的下肢統(tǒng)計學模型,并研究了人體特征參數(shù)對上述骨骼幾何形態(tài)的影響。結(jié)果表明,人體特征參數(shù)對下肢骨骼形狀尺寸具有顯著影響,但影響方式在中美人體之間存在差異,人體特征參數(shù)對密質(zhì)骨厚度分... 

【文章來源】：清華大學北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：163 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

人體下肢組成與區(qū)域劃分[12]

的邊界和約束條件很難控制，試驗方法也缺少統(tǒng)一標準，試驗結(jié)果也具有較強離散性。本節(jié)選擇介紹近年內(nèi)比較有代表性的完整人體和下肢尸體試驗。Kent等[22]使用8具尸體（3具肥胖，5具非肥胖）進行了48km/h的正面臺車碰撞試驗，研究了肥胖程度對乘員運動軌跡和損傷機理的影響，如圖1.2所示。Shaw等[23]使用8具男性尸體開展了40km/h的正面臺車碰撞試驗，該研究應用了運動捕捉系統(tǒng)記錄了樣本骨骼在碰撞過程中的運動軌跡，并對胸部壓縮量和肋骨骨折機理進行了研究，如圖1.3所示，圖中標記的位置即為用于運動捕捉的標志點。圖1.248km/h正面臺車尸體試驗[22]圖1.340km/h正面臺車尸體試驗[23]Ivarsson等[24]用來自25具尸體的股骨進行了軸向和彎曲復合加載試驗，得到安全帶固定點

也缺少統(tǒng)一標準，試驗結(jié)果也具有較強離散性。本節(jié)選擇介紹近年內(nèi)比較有代表性的完整人體和下肢尸體試驗。Kent等[22]使用8具尸體（3具肥胖，5具非肥胖）進行了48km/h的正面臺車碰撞試驗，研究了肥胖程度對乘員運動軌跡和損傷機理的影響，如圖1.2所示。Shaw等[23]使用8具男性尸體開展了40km/h的正面臺車碰撞試驗，該研究應用了運動捕捉系統(tǒng)記錄了樣本骨骼在碰撞過程中的運動軌跡，并對胸部壓縮量和肋骨骨折機理進行了研究，如圖1.3所示，圖中標記的位置即為用于運動捕捉的標志點。圖1.248km/h正面臺車尸體試驗[22]圖1.340km/h正面臺車尸體試驗[23]Ivarsson等[24]用來自25具尸體的股骨進行了軸向和彎曲復合加載試驗，得到安全帶固定點

【參考文獻】：
期刊論文
[1]中國人肋骨密質(zhì)骨厚度的測定與特征分析[J]. 李沛雨,許述財,杜雯菁,李浩,張金換.  清華大學學報(自然科學版). 2017(08)
[2]基于中國人體測量學尺寸的假人頭部跌落試驗的仿真研究[J]. 曹立波,張愷,顏凌波,湯駿.  汽車工程. 2016(07)
[3]基于中國人體特征的正面碰撞假人的開發(fā)策略探討[J]. 曹立波,黃新剛,戴黃偉,顏凌波.  中國機械工程. 2014(10)
[4]關(guān)注碰撞中易受傷害人群:用于損傷生物力學研究的有限元人體模型最新進展（英文）[J]. 胡敬文,Jonathan D. RUPP,Matthew P. REED.  汽車安全與節(jié)能學報. 2012(04)
[5]基于汽車與行人碰撞載荷特點的下肢長骨建模[J]. 張冠軍,曹立波,官鳳嬌,孫光永,Yang King H.  力學學報. 2011(05)
[6]股骨近端三維幾何形態(tài)重建[J]. 汪偉,王巖,崔健,韓剛.  中華外科雜志. 2003(10)
[7]中國人股骨近端幾何形態(tài)參數(shù)的測量和分類[J]. 薛文東,戴克戎,湯亭亭,龍公.  生物醫(yī)學工程學雜志. 2002(01)

博士論文
[1]面向自適應約束系統(tǒng)的多體征乘員碰撞仿真與損傷分析[D]. 張愷.湖南大學 2018
[2]姿態(tài)及體型對碰撞中行人下肢運動和損傷響應的影響研究[D]. 唐吉思.清華大學 2017
[3]汽車碰撞中胸部生物力學響應與損傷評估研究[D]. 蔡志華.華南理工大學 2013
[4]行人下肢的碰撞損傷特性及相關(guān)參數(shù)研究[D]. 張冠軍.湖南大學 2009

碩士論文
[1]基于THUMS的東西方5百分位女性碰撞響應差異分析[D]. 楊潔.清華大學 2016
[2]行人和乘員下肢生物力學損傷分析與應用[D]. 黃偉.華南理工大學 2016
[3]六歲兒童乘員下肢碰撞響應及損傷機理研究[D]. 王思雨.天津科技大學 2015
[4]基于中國人體特征的下肢幾何建模與長骨驗證[D]. 呂方.清華大學 2015
[5]應用于汽車碰撞安全研究的人體胸部有限元模型的建立與仿真驗證[D]. 雷旦.華南理工大學 2011



本文編號：3578885