本文關(guān)鍵詞：車輛碰撞事故中顱骨有限元精細(xì)建模及碰撞傷害研究

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【摘要】：隨著汽車保有量的增加，交通事故也逐年增加，交通損傷成為全球關(guān)注的問題。中國已經(jīng)成為全球交通傷害死亡人數(shù)最多的國家之一，給社會(huì)和家庭帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和精神傷害。所有的車輛碰撞損傷，超過30%是頭部損傷，碰撞過程中，頭部會(huì)產(chǎn)生顱骨骨折，大腦挫傷等傷害�；谏锪W(xué)的數(shù)學(xué)有限元方法則為頭部損傷的研究提供了有力的工具，不僅能夠模擬顱骨和大腦的損傷類型，而且能夠研究內(nèi)部的損傷程度和損傷產(chǎn)生過程。但是顱腦有限元模擬的準(zhǔn)確度受到有限元模型本身仿生度的限制，如果仿生度越高，則仿真結(jié)果越準(zhǔn)確。國內(nèi)外的模型大多關(guān)注腦組織的損傷，對(duì)顱骨損傷以及顱骨在碰撞過程中對(duì)大腦損傷的影響研究很少，更沒有專門針對(duì)顱骨損傷的相關(guān)研究�；谏鲜銮闆r，本文構(gòu)建了具有詳細(xì)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的顱骨有限元模型，來進(jìn)行顱骨損傷的研究。 本文基于某50百分位中國男性志愿者的頭部CT掃描數(shù)據(jù)構(gòu)建了具有詳細(xì)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)和高仿生度的三維顱骨有限元模型。利用醫(yī)學(xué)影像軟件Mimics對(duì)頭部CT數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和修復(fù)，使用Geomagic Studio進(jìn)行細(xì)節(jié)修復(fù)，構(gòu)建光順的曲面模型，最后用Hypermesh構(gòu)建體模型并對(duì)其進(jìn)行分塊和網(wǎng)格劃分，得到高仿生度的顱骨有限元模型。本模型包含顱骨的詳細(xì)細(xì)節(jié)特征，包括面部的竇、分層的顱骨以及顱底部的孔。在此模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)網(wǎng)格建立皮膚和大腦等軟組織。該模型包括三層顱骨、面骨、竇、頭皮、頭部和面部軟組織、腦以及腦脊液，模型一共367183個(gè)體單元，16711個(gè)殼單元，192884個(gè)節(jié)點(diǎn)，整個(gè)頭部質(zhì)量4.414kg。在顱骨材料參數(shù)的定義時(shí)，全部參照已經(jīng)發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，以保證本模型能夠有效的模擬碰撞損傷。 本文選用了國外的權(quán)威尸體試驗(yàn)，包括Allsop面部撞擊試驗(yàn)、Nyquist的鼻骨撞擊試驗(yàn)以及Yoganandan的液壓錘沖擊試驗(yàn)來對(duì)本文構(gòu)建的顱腦模型進(jìn)行有效性的驗(yàn)證。這三種針對(duì)顱骨的試驗(yàn)都對(duì)顱骨的骨折進(jìn)行了討論研究，用這些試驗(yàn)不僅可以對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，還可以研究顱骨的損傷情況。將仿真得到的力-變形曲線輸出，并與原尸體試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示模型的仿真結(jié)果與尸體試驗(yàn)結(jié)果吻合，并且在骨折方式上也基本相似。驗(yàn)證結(jié)果很好的證明了本模型的有效性，可以用于顱骨損傷的研究。 為了進(jìn)一步研究顱骨內(nèi)部的竇對(duì)于碰撞中頭部力學(xué)響應(yīng)和損傷的影響，本文基于原有模型構(gòu)建了一個(gè)無竇的對(duì)比模型，并進(jìn)行了Allsop尸體試驗(yàn)的仿真，對(duì)兩次仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，來研究竇在碰撞過程中的影響。結(jié)果顯示，在面部碰撞過程中，假若竇位于沖擊點(diǎn)的附近，那么竇會(huì)對(duì)周邊的應(yīng)力分布和骨折有明顯的影響，并且影響大腦的應(yīng)力應(yīng)變分布。如果竇離撞擊點(diǎn)比較遠(yuǎn)，，那么竇對(duì)于頭部響應(yīng)的影響可以忽略。
【關(guān)鍵詞】：車輛碰撞 精細(xì)建模 有限元仿真 頭部傷害研究
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R651.15;TP391.9
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題研究背景和意義10-11
• 1.2 顱骨損傷有限元模型的研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 研究顱骨特性的尸體試驗(yàn)的發(fā)展11-15
• 1.2.2 顱骨有限元模型的發(fā)展15-17
• 1.3 顱骨損傷類型及失效機(jī)制17-19
• 1.3.1 顱骨損傷類型17
• 1.3.2 顱骨材料的失效機(jī)制17-19
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 顱腦有限元模型的構(gòu)建20-38
• 2.1 顱腦主要解剖學(xué)結(jié)構(gòu)21
• 2.2 顱骨精細(xì)幾何模型構(gòu)建21-32
• 2.2.1 顱骨醫(yī)學(xué)影像的獲取21-23
• 2.2.2 醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性修復(fù)23-26
• 2.2.3 顱骨模型的細(xì)節(jié)性修復(fù)26-30
• 2.2.4 顱骨三維幾何模型構(gòu)建30-32
• 2.3 顱腦六面體模型的構(gòu)建32-37
• 2.3.1 精細(xì)顱骨六面體模型網(wǎng)格劃分32-34
• 2.3.2 頭部軟組織網(wǎng)格構(gòu)建34-35
• 2.3.3 顱腦六面體模型材料定義35-37
• 2.4 本章總結(jié)37-38
• 第3章 基于顱腦的顱骨損傷有限元模型的驗(yàn)證38-52
• 3.1 基于 Allsop 面部撞擊試驗(yàn)驗(yàn)證38-41
• 3.1.1 Allsop 尸體試驗(yàn)38-39
• 3.1.2 仿真的條件設(shè)置39
• 3.1.3 仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析39-41
• 3.2 基于 Nyquist 鼻骨撞擊試驗(yàn)驗(yàn)證41-44
• 3.2.1 Nyquist 尸體試驗(yàn)41-42
• 3.2.2 仿真的條件設(shè)置42
• 3.2.3 仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析42-44
• 3.3 基于 Yoganandan 尸體試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證44-49
• 3.3.1 Yoganandan 尸體試驗(yàn)44-46
• 3.3.2 仿真的條件設(shè)置46
• 3.3.3 仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析46-49
• 3.4 本章總結(jié)49-52
• 第4章 竇對(duì)頭部損傷影響的應(yīng)用分析52-62
• 4.1 研究背景52-53
• 4.2 兩個(gè)顱腦模型的 Allsop 仿真對(duì)比53-60
• 4.2.1 無竇有限元模型及條件設(shè)定53
• 4.2.2 Allsop 仿真結(jié)果的對(duì)比分析53-60
• 4.3 本章總結(jié)60-62
• 第5章 總結(jié)與展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 作者簡介以及科研成果70-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 許偉;楊濟(jì)匡;;用于交通傷評(píng)估的頭部有限元模型的虛擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J];汽車工程;2008年02期

2 阮世捷;李海巖;王學(xué)魁;劉文嶺;;對(duì)頭部損傷判斷準(zhǔn)則適用性和可用性的新探索[J];生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志;2007年06期

3 李霞;阮世捷;李海巖;;人體面骨三維有限元模型重構(gòu)及碰撞分析[J];微計(jì)算機(jī)信息;2007年34期

4 王守森，朱青安，鐘世鎮(zhèn)，王前，盧�？�;顱骨構(gòu)筑對(duì)骨折類型的影響──沖擊實(shí)驗(yàn)[J];中國臨床解剖學(xué)雜志;1995年01期

5 朱青安，歐陽鈞，王守森;人體頭部承受正面和側(cè)向沖擊的顱骨應(yīng)力分析[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);1995年02期

本文編號(hào)：866539