本文關(guān)鍵詞：行人和乘員下肢生物力學(xué)損傷分析與應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 汽車(chē)安全 碰撞 損傷生物力學(xué) 行人 乘員 下肢 有限元模型

【摘要】：中國(guó)是交通事故傷亡人數(shù)最多的國(guó)家之一,如何避免或降低道路使用者在交通事故中的損傷,是汽車(chē)安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。交通事故中,道路使用者下肢損傷的幾率較高,約為29.1%,僅次于頭部33.4%,下肢損傷盡管通常不會(huì)直接危及生命,卻是使人致殘的主要因素。因此,深入研究行人和乘員下肢在交通事故中的生物力學(xué)響應(yīng)、損傷機(jī)理以及耐受極限等,對(duì)汽車(chē)安全性的提升以及汽車(chē)安全法規(guī)的完善均具有指導(dǎo)意義�；谝幻�50百分位中國(guó)成年男性志愿者的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù),分別建立了具有精細(xì)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的行人和乘員下肢生物力學(xué)有限元模型,模型包括股骨、脛骨、腓骨、髕骨等下肢骨骼以及皮膚、肌肉、韌帶、關(guān)節(jié)囊、半月板等軟組織。針對(duì)長(zhǎng)骨斷面幾何不均勻的特征,建立了皮質(zhì)骨斷面厚度和形狀真實(shí)變化的長(zhǎng)骨數(shù)值模型,最大程度保證模型的仿生精度;提出使用黏彈性材料模擬膝關(guān)節(jié)韌帶,并以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),反求膝關(guān)節(jié)各韌帶的黏彈性材料參數(shù),以準(zhǔn)確模擬韌帶在不同應(yīng)變率下的拉伸力學(xué)特性。通過(guò)模擬相關(guān)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)下肢模型進(jìn)行了驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明:行人和乘員下肢生物力學(xué)模型具有較高的仿生可靠性,能夠準(zhǔn)確模擬下肢的生物力學(xué)響應(yīng)和損傷。在驗(yàn)證基礎(chǔ)上,獲得了中國(guó)50百分位成人下肢各部位的耐受極限,并分析了皮質(zhì)骨厚度對(duì)下肢長(zhǎng)骨耐受極限的影響:皮質(zhì)骨厚度每減薄1%,長(zhǎng)骨抗彎極限將下降約0.7%。利用經(jīng)驗(yàn)證的下肢生物力學(xué)模型,分別進(jìn)行行人和乘員下肢的損傷生物力學(xué)研究。針對(duì)行人下肢,通過(guò)填充保險(xiǎn)杠梯形泡沫結(jié)構(gòu),并適當(dāng)降低保險(xiǎn)杠碰撞高度,改善了某品牌汽車(chē)對(duì)行人下肢的友好性;針對(duì)乘員下肢,分析了前碰撞條件下碰撞角度對(duì)其損傷的影響:碰撞面水平旋轉(zhuǎn)當(dāng)碰撞面法向和股骨軸向同向時(shí)乘員KTH所受載荷較大,且碰撞面兩側(cè)小角度水平旋轉(zhuǎn)、尤其向大腿外側(cè)旋轉(zhuǎn)時(shí)有利于降低其損傷風(fēng)險(xiǎn);此外,下肢的損傷風(fēng)險(xiǎn)和撞擊面法線(xiàn)與乘員股骨軸線(xiàn)在矢狀面上的投影夾角緊密相關(guān)。本文建立的行人和乘員下肢生物力學(xué)模型可作為交通事故中行人和乘員下肢損傷生物力學(xué)研究的重要工具,可為汽車(chē)安全性設(shè)計(jì)提供有益的參考。
【關(guān)鍵詞】：汽車(chē)安全 碰撞 損傷生物力學(xué) 行人 乘員 下肢 有限元模型
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U467.14
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 論文研究背景和意義11-12
• 1.2 損傷生物力學(xué)的研究方法12-17
• 1.2.1 交通事故統(tǒng)計(jì)與分析12-13
• 1.2.2 損傷生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究13-15
• 1.2.3 數(shù)字模型仿真研究15-17
• 1.2.4 損傷生物力學(xué)各研究方法對(duì)比17
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展17-19
• 1.4 目前存在的主要問(wèn)題19-20
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 人體下肢損傷生物力學(xué)基礎(chǔ)22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 人體下肢解剖學(xué)結(jié)構(gòu)22-27
• 2.2.1 下肢整體結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2.2 下肢各部位解剖學(xué)結(jié)構(gòu)23-27
• 2.3 行人和乘員下肢損傷機(jī)理27-33
• 2.3.1 行人下肢損傷機(jī)理27-30
• 2.3.2 乘員下肢損傷機(jī)理30-33
• 2.4 下肢損傷評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、耐受極限和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則33-38
• 2.4.1 下肢損傷評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)33-34
• 2.4.2 下肢各部位耐受極限34-36
• 2.4.3 下肢損傷評(píng)價(jià)準(zhǔn)則36-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 下肢生物力學(xué)模型的構(gòu)建與材料參數(shù)研究39-63
• 3.1 引言39
• 3.2 人體有限元建模理論基礎(chǔ)39-41
• 3.2.1 人體組織常用單元類(lèi)型40-41
• 3.2.2 人體組織常用材料模型41
• 3.3 下肢模型構(gòu)建方法和步驟41-48
• 3.3.1 志愿者CT掃描和下肢幾何重建42-46
• 3.3.2 下肢有限元模型的建立46-48
• 3.4 行人和乘員下肢生物力學(xué)模型48-54
• 3.4.1 下肢各組織有限元模型48-53
• 3.4.2 行人下肢生物力學(xué)模型53-54
• 3.4.3 乘員下肢生物力學(xué)模型54
• 3.5 下肢生物力學(xué)模型的材料參數(shù)研究54-62
• 3.5.1 下肢生物組織材料文獻(xiàn)研究54-55
• 3.5.2 下肢模型生物組織材料參數(shù)確定55-62
• 3.6 本章小結(jié)62-63
• 第四章 下肢生物力學(xué)模型可靠性驗(yàn)證與耐受極限研究63-83
• 4.1 引言63
• 4.2 人體下肢生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)研究63-65
• 4.2.1 下肢長(zhǎng)骨生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)64-65
• 4.2.2 膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)65
• 4.3 行人下肢生物力學(xué)模型的驗(yàn)證與耐受極限研究65-77
• 4.3.1 下肢長(zhǎng)骨模型準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲驗(yàn)證與耐受極限研究66-67
• 4.3.2 下肢長(zhǎng)骨模型動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲驗(yàn)證與耐受極限研究67-71
• 4.3.3 大腿和小腿模型動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲驗(yàn)證與耐受極限研究71-75
• 4.3.4 行人膝關(guān)節(jié)模型四點(diǎn)彎曲驗(yàn)證與耐受極限研究75-77
• 4.4 乘員下肢生物力學(xué)模型的驗(yàn)證及耐受極限研究77-82
• 4.4.1 膝關(guān)節(jié)模型沖擊驗(yàn)證及耐受極限研究77-78
• 4.4.2 股骨頭模型靜壓驗(yàn)證與耐受極限研究78-80
• 4.4.3 乘員膝部-大腿模型沖擊驗(yàn)證與耐受極限研究80-82
• 4.5 本章小結(jié)82-83
• 第五章 下肢模型在碰撞損傷生物力學(xué)分析中的應(yīng)用83-102
• 5.1 引言83
• 5.2 側(cè)面低速碰撞行人下肢損傷分析83-90
• 5.2.1 不同碰撞速度下行人下肢損傷分析84-86
• 5.2.2 不同保險(xiǎn)杠填充泡沫行人下肢損傷分析86-89
• 5.2.3 不同碰撞高度行人下肢損傷分析89-90
• 5.3 前碰撞乘員下肢KTH損傷分析90-100
• 5.3.1 不同碰撞速度下乘員KTH損傷分析90-93
• 5.3.2 不同水平碰撞角度下乘員KTH損傷分析93-98
• 5.3.3 不同俯仰碰撞角下乘員KTH損傷分析98-100
• 5.4 本章小結(jié)100-102
• 總結(jié)與展望102-104
• 參考文獻(xiàn)104-113
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果113-114
• 致謝114-115
• 附件115

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本文編號(hào)：817434