本文關鍵詞：頭蓋骨微觀多孔組織結構及彎曲性能研究

  更多相關文章： 頭蓋骨模型 準靜態(tài)作用 彎曲性能 失效機制 有限元模擬

【摘要】：頭蓋骨作為抵御外部沖擊對腦組織破壞的介質,對于保障人的生命安全具有及其重要的作用。然而數(shù)據(jù)表明,頭蓋骨也是人體最易遭受創(chuàng)傷的部位。因此,對頭蓋骨在外部載荷作用下的變形和失效機制研究成為眾多學者關注的焦點。研究頭蓋骨受到損傷時的生物力學行為對于頭部損傷的預防、替代材料的開發(fā)、防護裝備設計、新型結構研發(fā)以及司法鑒定等具有重要的意義。頭蓋骨的實驗研究方法具有諸多缺陷和限制,因此本文將采用有限元模擬的方法對頭蓋骨在準靜態(tài)作用下的彎曲性能和失效機制進行研究。首先,對頭骨樣品進行了CT掃描,獲取了頭骨的二維斷層圖像。利用逆向工程技術,獲取了與真實頭骨相似度較高的三維重建頭骨模型并重建出了頭骨的二維斷層截面�；谥亟ǖ念^骨截面,獲得了二維拉伸頭骨模型和多截面組合頭骨模型兩種頭骨的簡化模型。其次,采用不同的本構模型模擬了二維拉伸頭骨模型的三點彎曲實驗,模擬結果表明,兩種本構的模擬所獲得的極限載荷和彎曲強度均在其他學者的實驗范圍內,證明了本構模型的可靠性。分別考察了頭蓋骨在三點彎曲作用、分布載荷作用以及外力擠壓等不同工況下的破壞模式。研究了年齡因素對頭蓋骨力學性能的影響。選取了不同的重構截面,比較了不同截面的二維拉伸頭蓋骨模型的力學性能差異。再次,對多截面組合頭骨模型的三點彎曲進行了有限元模擬,分析了其載荷—位移曲線特征及應力分布狀態(tài),并對比了多截面組合頭骨模型與二維拉伸頭骨模型的承載能力差異。模擬了多截面組合頭骨模型在分布載荷作用下的變形和失效,并考察了頭骨的承載能力與分布載荷作用范圍之間的關系。最后,分別模擬了長度沿x、y方向的兩個三維重建頭骨模型在分布載荷作用下的力學性能和失效機制,分析了兩個模型彈性階段的應力分布狀態(tài)和破壞過程,并比較了方向互相垂直的兩個頭骨力學性能的差異,證明了頭骨的各向異性特征。對比分析了三種有限元模型的承載能力、斷裂過程和計算成本差異。
【關鍵詞】：頭蓋骨模型 準靜態(tài)作用 彎曲性能 失效機制 有限元模擬
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R318.01
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題的來源及研究的背景和意義10-11
• 1.1.1 課題研究的來源10
• 1.1.2 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 人體頭骨力學性能的實驗研究11-17
• 1.2.1 成人頭骨的幾何構型及特征研究11-13
• 1.2.2 成人頭骨力學性能的實驗研究13-16
• 1.2.3 嬰兒頭骨的力學性能研究16-17
• 1.2.4 動物頭骨力學性能研究17
• 1.3 人體頭骨力學性能的有限元模擬研究17-19
• 1.4 頭骨替代材料的研究與開發(fā)19-20
• 1.5 本文的主要研究內容20-22
• 第2章 頭蓋骨有限元模型的建立22-28
• 2.1 引言22
• 2.2 CT掃描建模的特點22-23
• 2.3 頭骨的顯微CT掃描23
• 2.4 頭骨的斷面重建23-25
• 2.5 頭骨三維有限元模型的建立25-27
• 2.5.1 頭骨三維模型重建25
• 2.5.2 頭骨幾何模型處理25-26
• 2.5.3 有限元模型的生成26-27
• 2.6 本章小結27-28
• 第3章 二維拉伸頭骨模型彎曲性能研究28-48
• 3.1 引言28
• 3.2 有限元模型的建立28-30
• 3.2.1 三點彎曲幾何模型28-29
• 3.2.2 有限元模型參數(shù)設置29-30
• 3.3 不同本構模型的三點彎曲性能研究30-36
• 3.3.1 采用雙線性本構模型研究30-33
• 3.3.2 采用Drucker Prager準則模型研究33-35
• 3.3.3 不同本構模型的比較35-36
• 3.4 年齡對頭骨力學性能的影響36-38
• 3.5 不同載荷工況下頭骨的力學性能研究38-42
• 3.5.1 分布載荷作用38-41
• 3.5.2 外部擠壓作用41-42
• 3.6 不同截面的頭骨力學性能研究42-47
• 3.7 本章小結47-48
• 第4章 多截面組合頭骨模型彎曲性能研究48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 回歸與相關48-49
• 4.3 頭骨幾何模型的建立49-51
• 4.4 頭骨的三點彎曲性能51-56
• 4.4.1 有限元建模過程51-52
• 4.4.2 三點彎曲有限元模擬52-56
• 4.5 頭骨承受分布載荷作用56-60
• 4.6 本章小結60-62
• 第5章 三維重建頭骨模型彎曲性能研究62-75
• 5.1 引言62
• 5.2 X方向頭骨力學性能研究62-67
• 5.2.1 三維重建頭骨模型62-63
• 5.2.2 頭骨承受分布載荷作用63-66
• 5.2.3 分布載荷范圍對頭骨力學性能的影響66-67
• 5.3 三種頭骨模型的比較67-69
• 5.4 Y方向頭骨力學性能的研究69-74
• 5.4.1 頭骨切割的位置69-70
• 5.4.2 頭骨在分布載荷下的力學性能70-72
• 5.4.3 不同方向頭骨力學性能的比較72-74
• 5.5 本章小結74-75
• 結論75-77
• 參考文獻77-83
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果83-85
• 致謝85

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本文編號：633810