目的獲得不同爆炸沖擊波作用下兔肺部損傷度和胸壁變形速度,分析胸壁變形速度與肺部損傷度之間的函數(shù)關(guān)系。方法開展兔沖擊傷實(shí)驗(yàn),獲得等效90 g TNT炸藥爆炸條件下0. 5、0. 6、0. 7、0. 9、1. 0、1.2 m爆炸距離處兔肺部傷情;建立兔胸部有限元計(jì)算模型,對(duì)實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得胸壁變形速度;通過數(shù)據(jù)擬合,建立兔胸壁變形速度與肺部損傷度之間的關(guān)系。結(jié)果 0. 5、0. 6 m處的兔當(dāng)場死亡,胸壁變形速度分別為2. 10、1. 46 m/s; 0. 7 m處的兔中度損傷,胸壁變形速度為1. 10 m/s; 0. 9、1. 0、1. 2 m處的兔輕傷,胸壁變形速度分別為0. 64、0. 51、0. 35 m/s。兔肺部損傷度與胸壁變形速度之間的關(guān)系為?=0. 3192·V3. 0119。結(jié)論胸壁變形速度與肺部損傷度有明顯的相關(guān)性,可以用來預(yù)測爆炸沖擊波作用下肺部損傷傷情。 

【文章來源】：轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)雜志. 2019,8(03)

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不同爆炸距離處胸壁變形速度歷史曲線

圖3爆炸距離0．5m處不同時(shí)刻胸壁變形速度分布圖4不同爆炸距離處胸壁變形速度歷史曲線圖5肺部損傷度隨胸壁變形速度的變化曲線3討論爆炸沖擊波對(duì)含氣組織器官的損傷最為嚴(yán)重，特別是肺臟，損傷率最高、損傷程度也最重［6-8］。因此，爆炸沖擊波致肺部損傷受到國內(nèi)外學(xué)者廣泛研究。Clemedson等［9-12］通過研究表明，爆炸沖擊波與人體相互作用引發(fā)多器官損傷，含氣器官最易受到創(chuàng)傷，肺水腫、肺出血及動(dòng)脈氣栓是造成人員死亡的主要因素，沖擊波超壓、作用時(shí)間及波形共同決定了創(chuàng)傷效應(yīng)。徐立和金海［13］通過實(shí)驗(yàn)證明密閉環(huán)境中大鼠肺部爆炸傷傷情隨沖擊波強(qiáng)度的增大而加重，死亡率隨體內(nèi)腫瘤壞死因子-α及白細(xì)胞介素-6的增加而升高。Axelsson和Yelverton［14］建立人體胸部一維動(dòng)力學(xué)模型，將沖擊波的測量結(jié)果作為輸入?yún)?shù)，得到胸壁的速度響應(yīng)，給出爆炸沖擊波創(chuàng)傷效應(yīng)與胸壁速度峰值之間的關(guān)系。Stuhmiller等［15］對(duì)Axelsson和Yelverton提出的模型和計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)，以肺組織吸收的能量為創(chuàng)傷參數(shù)，得到肺組織的定量創(chuàng)傷關(guān)系，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全符合。vanderVoort等［16］針對(duì)沖擊波正壓持續(xù)時(shí)間不同，提出了作用于空氣自由場人體載荷的計(jì)算方法，建立了一種預(yù)測爆炸傷傷情的工程化模型。本研究利用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，獲得不同沖擊波作用下兔肺部損傷度和胸壁變形速度，建立肺部損傷度與胸壁變形速度之間的關(guān)系。利用數(shù)值模擬方法對(duì)爆炸沖擊波作用下胸部動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行研究越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。Greer［17］和Thom［18］采用有限元程序分析不同爆炸環(huán)境中人

CS和3-MATIC反向建模軟件，重構(gòu)兔胸部幾何模型，并利用HYPERMESH有限元前處理軟件劃分網(wǎng)格，建立兔胸部有限元計(jì)算模型。利用ANSYS/AUTODYN有限元分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得爆炸沖擊波作用下兔胸壁的變形速度。長徑比1∶1的柱形裝藥爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波與兔胸部相互作用之前，近似以球?qū)ΨQ形式向四周傳播。因此，可以通過兩步模擬沖擊波對(duì)兔胸部的致傷效應(yīng)。第一步利用一維計(jì)算模型模擬沖擊波形成;第二步將一維計(jì)算結(jié)果作為初始條件，模擬沖擊波對(duì)兔胸部的損傷效應(yīng)。圖1為空氣沖擊波致兔胸部損傷的有限元計(jì)算模型。采用Euler-Lagrange流固耦合算法模擬沖擊波與兔胸部的相互作用，空氣域采用無反射邊界條件以避免沖擊波在邊界的反射，空氣采用理想氣體狀態(tài)方程，炸藥爆轟產(chǎn)物采用JWL狀態(tài)方程，兔胸部肌肉、心臟、肺臟采用線粘彈性本構(gòu)模型，骨骼采用彈性本構(gòu)模型，胸部主要材料參數(shù)見表1所示。圖1空氣沖擊波致兔胸部損傷有限元模型表1兔胸部主要材料參數(shù)E/GPaνG0/kPaG∞/kPaK/GPaβρ/g·cm－3肌肉－－2001952．90．11．20肺臟－－67650．7440．10．60心臟－－67650．7440．11．00椎骨0．3550．26－－－－1．33肋骨9．50．20－－－－1．08胸骨9．50．25－－－－1．25肩胛9．50．20－－－－1．082結(jié)果2.1肺部損傷傷情0.5、0.6m處實(shí)驗(yàn)動(dòng)物當(dāng)場死亡，肺部出現(xiàn)彌漫性出血;0.7m處的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，肺部出現(xiàn)片狀出血，屬中度損傷;0.9、1.0m處實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，肺部有點(diǎn)狀出血，屬輕度損傷;1.2m處實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，肺部有少量點(diǎn)狀出血，屬于輕度損傷。圖2為利用自由場壓力傳感器測量的沖擊波峰值超壓隨


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