本文關(guān)鍵詞：車輛碰撞事故中顱骨有限元精細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，給社會和家庭帶來了嚴重的經(jīng)濟和精神傷害。所有的車輛碰撞損傷，超過30%是頭部損傷，碰撞過程中，頭部會產(chǎn)生顱骨骨折，大腦挫傷等傷害�；谏锪W的數(shù)學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)果越準確。國內(nèi)外的模型大多關(guān)注腦組織的損傷，對顱骨損傷以及顱骨在碰撞過程中對大腦損傷的影響研究很少，更沒有專門針對顱骨損傷的相關(guān)研究�；谏鲜銮闆r，本文構(gòu)建了具有詳細解剖學結(jié)構(gòu)的顱骨有限元模型，來進行顱骨損傷的研究。 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)建了具有詳細解剖學結(jié)構(gòu)和高仿生度的三維顱骨有限元模型。利用醫(yī)學影像軟件Mimics對頭部CT數(shù)據(jù)進行提取和修復，使用Geomagic Studio進行細節(jié)修復，構(gòu)建光順的曲面模型，最后用Hypermesh構(gòu)建體模型并對其進行分塊和網(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細節(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個體單元，16711個殼單元，192884個節(jié)點，整個頭部質(zhì)量4.414kg。在顱骨材料參數(shù)的定義時，全部參照已經(jīng)發(fā)表的相關(guān)文獻，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，包括Allsop面部撞擊試驗、Nyquist的鼻骨撞擊試驗以及Yoganandan的液壓錘沖擊試驗來對本文構(gòu)建的顱腦模型進行有效性的驗證。這三種針對顱骨的試驗都對顱骨的骨折進行了討論研究，用這些試驗不僅可以對模型進行驗證，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，并與原尸體試驗的數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果顯示模型的仿真結(jié)果與尸體試驗結(jié)果吻合，并且在骨折方式上也基本相似。驗證結(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。 為了進一步研究顱骨內(nèi)部的竇對于碰撞中頭部力學響應和損傷的影響，本文基于原有模型構(gòu)建了一個無竇的對比模型，并進行了Allsop尸體試驗的仿真，對兩次仿真結(jié)果進行對比分析，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，假若竇位于沖擊點的附近，那么竇會對周邊的應力分布和骨折有明顯的影響，并且影響大腦的應力應變分布。如果竇離撞擊點比較遠，那么竇對于頭部響應的影響可以忽略。
【關(guān)鍵詞】：車輛碰撞 精細建模 有限元仿真 頭部傷害研究
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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制17-19
• 1.3.1 顱骨損傷類型17
• 1.3.2 顱骨材料的失效機制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 顱腦主要解剖學結(jié)構(gòu)21
• 2.2 顱骨精細幾何模型構(gòu)建21-32
• 2.2.1 顱骨醫(yī)學影像的獲取21-23
• 2.2.2 醫(yī)學影像數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性修復23-26
• 2.2.3 顱骨模型的細節(jié)性修復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證38-52
• 3.1 基于 Allsop 面部撞擊試驗驗證38-41
• 3.1.1 Allsop 尸體試驗38-39
• 3.1.2 仿真的條件設(shè)置39
• 3.1.3 仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析39-41
• 3.2 基于 Nyquist 鼻骨撞擊試驗驗證41-44
• 3.2.1 Nyquist 尸體試驗41-42
• 3.2.2 仿真的條件設(shè)置42
• 3.2.3 仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析42-44
• 3.3 基于 Yoganandan 尸體試驗數(shù)據(jù)驗證44-49
• 3.3.1 Yoganandan 尸體試驗44-46
• 3.3.2 仿真的條件設(shè)置46
• 3.3.3 仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析46-49
• 3.4 本章總結(jié)49-52
• 第4章 竇對頭部損傷影響的應用分析52-62
• 4.1 研究背景52-53
• 4.2 兩個顱腦模型的 Allsop 仿真對比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64-70
• 作者簡介以及科研成果70-72
• 致謝72

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：866540