本文關(guān)鍵詞：基于肌肉主動(dòng)力的頸部有限元建模研究

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【摘要】：頭頸損傷是交通事故中的常見損傷。隨著車輛安全性能的改善，乘員頭頸嚴(yán)重?fù)p傷的風(fēng)險(xiǎn)呈下降趨勢(shì)，輕微事故中的頸部損傷卻逐漸流行并造成了嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題，所以有必要研究事故中的頭頸損傷。損傷生物力學(xué)的研究方法包括實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究。實(shí)驗(yàn)研究能為人們提供最真實(shí)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與損傷過(guò)程，然而人體實(shí)驗(yàn)受到倫理的限制，所能提取的信息有限。數(shù)值研究能有效地彌補(bǔ)該缺陷。具有良好生物逼真度的頭頸數(shù)值模型，能深化對(duì)頭頸動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的認(rèn)識(shí)。建立具有詳細(xì)幾何結(jié)構(gòu)與精確材料定義的頭頸模型對(duì)頭頸損傷研究具有重要的意義。 本文目的在于建立具有真實(shí)幾何輪廓以及肌肉主動(dòng)響應(yīng)的人體頸部肌肉有限元模型，并匹配至已有的頭頸基礎(chǔ)模型，在前碰撞條件下驗(yàn)證其有效性。 本文首先研究了骨骼肌的力學(xué)性能，通過(guò)有限元重建骨骼肌拉伸實(shí)驗(yàn)確定了骨骼肌的有限元模擬方法、材料模型以及模型參數(shù)；討論了骨骼肌有限元模型的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性問(wèn)題。然后基于50百分位成年男性志愿者頸部的核磁共振影像重建了人體頸部肌肉的幾何模型；利用克里格插值方法將該模型映射至已有的頭頸基礎(chǔ)模型空間中；建立頸部肌肉有限元模型，并與頭頸基礎(chǔ)模型匹配；在15G前碰撞條件下驗(yàn)證完整頭頸模型的有限性。最后從頸部肌肉主、被動(dòng)響應(yīng)的對(duì)比分析、肌肉力學(xué)性能參數(shù)研究以及T1轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)頭頸模型有效性驗(yàn)證的影響三個(gè)方面研究完整頭頸模型的性能，討論模型存在缺陷以及改進(jìn)方法。 研究表明，以實(shí)體單元與梁?jiǎn)卧补?jié)點(diǎn)的方式耦合骨骼肌主被動(dòng)響應(yīng)的方法是一種簡(jiǎn)單有效的模擬方式，通過(guò)合理控制，建立的骨骼肌有限元模型在一定范圍內(nèi)具有較高的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，能夠滿足頭頸數(shù)值研究的需求；建立的完整頭頸模型在15G前碰撞條件下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與志愿者響應(yīng)一致程度較高，具有良好的生物逼真度，可應(yīng)用于頭頸損傷研究，然而模型仍存在若干問(wèn)題，需要進(jìn)一步改善；頸部肌肉主動(dòng)響應(yīng)對(duì)降低頭部質(zhì)心加速度曲線峰值，減小頭頸最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度具有重要的作用，能夠有效地降低頭頸在碰撞環(huán)境中的損傷風(fēng)險(xiǎn)。本文初步探索了骨骼肌力學(xué)性能的有限元模擬，，建立具有良好生物逼真度的頭頸有限元模型，為頭頸損傷的數(shù)值研究奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：肌肉主動(dòng)力 頸部有限元模型 肌肉模型 頸部損傷 頭部損傷
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R641
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 頸部損傷的研究歷史與現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 早期生物實(shí)驗(yàn)研究11-13
• 1.2.2 現(xiàn)代生物實(shí)驗(yàn)研究13-16
• 1.3 課題來(lái)源16
• 1.4 本文主要目的和研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 頸部解剖學(xué)結(jié)構(gòu)與損傷生物力學(xué)17-30
• 2.1 人體頸部的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)17-23
• 2.1.1 頸椎的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)17-19
• 2.1.2 椎間盤的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)19-20
• 2.1.3 韌帶的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.4 頸部肌肉的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)21-23
• 2.2 頸部的損傷生物力學(xué)23-29
• 2.2.1 骨骼肌的功能解剖學(xué)23-26
• 2.2.2 頸部的損傷機(jī)理26-27
• 2.2.3 頸部的損傷指標(biāo)27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 骨骼肌力學(xué)性能研究與有限元模擬30-44
• 3.1 骨骼肌力學(xué)性能研究背景30-31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)研究的選取31-33
• 3.2.1 骨骼肌力學(xué)特性的工程描述31-33
• 3.2.2 骨骼肌力學(xué)特性標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的選取33
• 3.3 Myers實(shí)驗(yàn)的有限元重建33-43
• 3.3.1 脛前肌的幾何模型34
• 3.3.2 脛前肌的材料模型34-37
• 3.3.3 有限元重建的邊界條件37-38
• 3.3.4 有限元重建仿真結(jié)果38-40
• 3.3.5 有限元重建仿真結(jié)果分析與討論40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 頸部肌肉有限元模型的建立與驗(yàn)證44-57
• 4.1 頭頸動(dòng)力學(xué)響應(yīng)數(shù)值研究背景44-46
• 4.2 頸部肌肉有限元模型的建立46-50
• 4.2.1 志愿者肌肉幾何模型的重建46-47
• 4.2.2 頸部肌肉有限元模型的建立與匹配47-50
• 4.3 頸部肌肉有限元模型的材料定義50-51
• 4.4 頭頸有限元模型整體驗(yàn)證51-56
• 4.4.2 志愿者前碰撞實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果分析55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第5章 頸部肌肉有限元模型的參數(shù)分析57-69
• 5.1 頸部肌肉模型主動(dòng)響應(yīng)與被動(dòng)響應(yīng)的對(duì)比分析57-60
• 5.2 肌肉被動(dòng)力學(xué)性能對(duì)頭頸動(dòng)力學(xué)的影響60-62
• 5.3 肌肉主動(dòng)力學(xué)性能對(duì)頭頸動(dòng)力學(xué)的影響62-66
• 5.3.1 Hill模型長(zhǎng)度特性對(duì)頭頸動(dòng)力學(xué)的影響63-64
• 5.3.2 Hill模型最大等長(zhǎng)收縮力對(duì)頭頸動(dòng)力學(xué)的影響64-66
• 5.4 T1 轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)頭頸模型有效性驗(yàn)證的影響66-67
• 5.5 本章小結(jié)67-69
• 總結(jié)和展望69-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 致謝78-79
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄79

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 王方;楊濟(jì)匡;李桂兵;;準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷下的人體胸部響應(yīng)有限元分析[J];汽車工程;2014年02期

本文編號(hào)：518436