本文關(guān)鍵詞：路面激勵下人體脊椎的響應(yīng)特性分析

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【摘要】：隨著人們生活水平的提高,收入不斷的增多,汽車已經(jīng)基本成為了家庭的必需品之一。但是隨著汽車的普及,汽車安全與舒適性問題也越來越受到人們的重視。而除了碰撞這種直觀的對人體造成的巨大傷害的硬性災(zāi)難外,振動是另一種隱性的對人體可以造成傷害的原因。人體心血管、消化、神經(jīng)、脊椎等組織都會受到振動的影響,從而產(chǎn)生各種不良的生理反應(yīng)。在與車輛行駛有關(guān)的疾病中,以長期承受振動的駕駛員最為明顯,其腰痛癥狀的占57%-82%,駕駛員患腰痛的幾率較平常人高2-3倍。其中履帶汽車和重型工程車輛駕駛員的腰痛患病率甚至高達(dá)了80%以上。因此研究車輛行駛過程中人體脊椎生物力學(xué)特性勢在必行。為此,我們建立了T12-Pelvis節(jié)段的脊椎模型,并進(jìn)行了模型驗證,靜態(tài)分析和動態(tài)分析的過程,得到了脊椎的一些生物力學(xué)特性和分析結(jié)果,解釋了一些病理現(xiàn)象,為設(shè)計人員在車輛的舒適性和安全性設(shè)計時提供了一些理論參考。首先,通過CT斷層掃描,得到一個健康女性的CT掃描圖片。將這些CT掃描圖片導(dǎo)入到Mimics中進(jìn)行提取。提取出T12-Pelvis節(jié)段的脊椎模型。再將此模型導(dǎo)入到ANSYS中,加入椎間盤、骶髂關(guān)節(jié)軟骨和恥骨聯(lián)合來完整模型,并為模型加入韌帶組織,建立完整的T12-Pelvis節(jié)段模型,并進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。然后,將T12-Pelvis整體模型拆分為節(jié)段模型,包括T12-L1、L1-L2、L2-L3、 L3-L4、L4-L5、L5-S1、S1-Pelvis這幾個節(jié)段模型,然后進(jìn)行包括垂直壓縮、側(cè)彎、扭轉(zhuǎn),前屈、后仰等形式的靜力學(xué)模擬仿真。將得到的結(jié)果與已經(jīng)發(fā)表的優(yōu)秀論文的結(jié)果進(jìn)行對比分析,來說明模型建立的有效性和合理性,為靜力學(xué)和動力學(xué)分析做好模型的準(zhǔn)備工作。其次,對T12-Pelvis整體進(jìn)行靜態(tài)分析,分析的內(nèi)容為駕駛員在駕駛車輛行駛的時候的不同坐姿,包括垂直坐姿,前俯坐姿、側(cè)彎坐姿和扭轉(zhuǎn)坐姿。從而獲得駕駛員在這些坐姿下的脊椎生物力學(xué)特性。分析這些生物力學(xué)特性,從而為人體脊椎舒適性和安全性提供理論參考。最后,進(jìn)行T12-Pelvis整體的動力學(xué)分析。動力學(xué)分析的內(nèi)容包括了模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和車輛隨機(jī)振動的分析。在模態(tài)分析中,我們的主要目的是為了求得T12-pelvis整體模型的共振頻率和共振時的振型,從而做出相應(yīng)的防護(hù)措施。諧響應(yīng)分析的目的是為了探求在一個比較大的頻率區(qū)間內(nèi),脊椎的生物力學(xué)特性隨頻率的變化結(jié)果,從而早出我們需要防范的頻率區(qū)間。車輛隨機(jī)振動的分析是以路面不平整度為激勵對脊椎的動態(tài)分析,從而得出在車輛行駛的過程中,脊椎對車輛振動產(chǎn)生的頻率的敏感性,從而提前做好避開某些頻率區(qū)間的措施。
【關(guān)鍵詞】：脊椎 靜態(tài)與動態(tài)分析 CT掃描建模 有限元分析 模型驗證 隨機(jī)振動
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R642;R322
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 課題的研究背景12-13
• 1.2 汽車平順性概述13-15
• 1.3 脊椎生物力學(xué)國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r概述15-20
• 1.3.1 腰椎模型有限元建模的發(fā)展15-17
• 1.3.2 骨盆有限元模型的研究發(fā)展17-18
• 1.3.3 椎間盤有限元模型的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容20-22
• 第2章 T12-Pelvis模型的建立22-44
• 2.1 人體脊椎的介紹22-28
• 2.1.1 人體脊椎的生理結(jié)構(gòu)22-23
• 2.1.2 腰椎椎體的結(jié)構(gòu)23
• 2.1.3 椎間盤結(jié)構(gòu)23-24
• 2.1.4 骨盆及其骶髂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)24-25
• 2.1.5 椎體韌帶的種類和結(jié)構(gòu)25-28
• 2.2 脊椎的生物力學(xué)特性28-32
• 2.2.1 椎體的生物力學(xué)特性28-30
• 2.2.2 椎弓的生物力學(xué)特性30
• 2.2.3 椎間盤的生物力學(xué)特性30-32
• 2.2.4 脊柱韌帶的生物力學(xué)特性32
• 2.3 T12-Pelvis整體模型的建立32-42
• 2.3.1 CT掃描標(biāo)本32-33
• 2.3.2 MIMICS中建立初始模型33-36
• 2.3.3 ANSYS建模36-42
• 2.4 本章小結(jié)42-44
• 第3章 人體脊椎模型的有效性驗證44-58
• 3.1 有效性驗證原理及其必要性44
• 3.2 人體脊椎有效性驗證方法44-45
• 3.3 有限元網(wǎng)格劃分評價標(biāo)準(zhǔn)45-47
• 3.4 人體脊椎模型有效性驗證的過程、結(jié)果和分析47-57
• 3.4.1 T12-L1節(jié)段的有效性驗證47-49
• 3.4.2 L1-L2節(jié)段有效性的驗證49-50
• 3.4.3 L2-L3節(jié)段有效性驗證50-51
• 3.4.4 L3-L4節(jié)段有效性驗證51-52
• 3.4.5 L4-L5節(jié)段有效性驗證52-53
• 3.4.6 L5-S1節(jié)段有效性驗證53-54
• 3.4.7 S1-Pelvis節(jié)段有效性驗證54-55
• 3.4.8 T12-S1整體模型的有效性驗證55-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 第4章 駕駛員T12-Pelvis模型的力學(xué)分析58-92
• 4.1 T12-Pelvis整體模型的靜力學(xué)分析58-67
• 4.1.1 垂直坐姿下T12-Pelvis的靜力學(xué)分析58-61
• 4.1.2 前屈坐姿下T12-Pelvis的靜力學(xué)分析61-63
• 4.1.3 側(cè)彎坐姿下T12-Pelvis的靜力學(xué)分析63-65
• 4.1.4 扭轉(zhuǎn)坐姿下T12-Pelvis的靜力學(xué)分析65-67
• 4.2 T12-Pelvis整體模型的動力學(xué)分析67-73
• 4.2.1 T12-Pelvis的整體模態(tài)分析68-73
• 4.3 T12-Pelvis整體的諧響應(yīng)分析73-78
• 4.4 隨機(jī)振動下T12-Pelvis的整體動態(tài)分析78-90
• 4.4.1 隨機(jī)振動的分析原理78-79
• 4.4.2 路面隨機(jī)輸入的頻域模型79-81
• 4.4.3 隨機(jī)振動下T12-Pelvis整體的動態(tài)分析81-90
• 4.5 本章小結(jié)90-92
• 第5章 結(jié)論與展望92-94
• 5.1 課題的成果92-93
• 5.2 課題的展望93-94
• 參考文獻(xiàn)94-100
• 致謝100

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本文編號：828731