本文關(guān)鍵詞：頭蓋骨微觀多孔組織結(jié)構(gòu)及彎曲性能研究

  更多相關(guān)文章： 頭蓋骨模型 準(zhǔn)靜態(tài)作用 彎曲性能 失效機(jī)制 有限元模擬

【摘要】：頭蓋骨作為抵御外部沖擊對(duì)腦組織破壞的介質(zhì),對(duì)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(duì)頭蓋骨在外部載荷作用下的變形和失效機(jī)制研究成為眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。研究頭蓋骨受到損傷時(shí)的生物力學(xué)行為對(duì)于頭部損傷的預(yù)防、替代材料的開(kāi)發(fā)、防護(hù)裝備設(shè)計(jì)、新型結(jié)構(gòu)研發(fā)以及司法鑒定等具有重要的意義。頭蓋骨的實(shí)驗(yàn)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(duì)頭蓋骨在準(zhǔn)靜態(tài)作用下的彎曲性能和失效機(jī)制進(jìn)行研究。首先,對(duì)頭骨樣品進(jìn)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(shù),獲取了與真實(shí)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(jiǎn)化模型。其次,采用不同的本構(gòu)模型模擬了二維拉伸頭骨模型的三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn),模擬結(jié)果表明,兩種本構(gòu)的模擬所獲得的極限載荷和彎曲強(qiáng)度均在其他學(xué)者的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),證明了本構(gòu)模型的可靠性。分別考察了頭蓋骨在三點(diǎn)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(duì)頭蓋骨力學(xué)性能的影響。選取了不同的重構(gòu)截面,比較了不同截面的二維拉伸頭蓋骨模型的力學(xué)性能差異。再次,對(duì)多截面組合頭骨模型的三點(diǎn)彎曲進(jìn)行了有限元模擬,分析了其載荷—位移曲線特征及應(yīng)力分布狀態(tài),并對(duì)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(guān)系。最后,分別模擬了長(zhǎng)度沿x、y方向的兩個(gè)三維重建頭骨模型在分布載荷作用下的力學(xué)性能和失效機(jī)制,分析了兩個(gè)模型彈性階段的應(yīng)力分布狀態(tài)和破壞過(guò)程,并比較了方向互相垂直的兩個(gè)頭骨力學(xué)性能的差異,證明了頭骨的各向異性特征。對(duì)比分析了三種有限元模型的承載能力、斷裂過(guò)程和計(jì)算成本差異。
【關(guān)鍵詞】：頭蓋骨模型 準(zhǔn)靜態(tài)作用 彎曲性能 失效機(jī)制 有限元模擬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：R318.01
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題的來(lái)源及研究的背景和意義10-11
• 1.1.1 課題研究的來(lái)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(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究11-17
• 1.2.1 成人頭骨的幾何構(gòu)型及特征研究11-13
• 1.2.2 成人頭骨力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究13-16
• 1.2.3 嬰兒頭骨的力學(xué)性能研究16-17
• 1.2.4 動(dòng)物頭骨力學(xué)性能研究17
• 1.3 人體頭骨力學(xué)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(kāi)發(fā)19-20
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)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(diǎn)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(jié)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(diǎn)彎曲幾何模型28-29
• 3.2.2 有限元模型參數(shù)設(shè)置29-30
• 3.3 不同本構(gòu)模型的三點(diǎn)彎曲性能研究30-36
• 3.3.1 采用雙線性本構(gòu)模型研究30-33
• 3.3.2 采用Drucker Prager準(zhǔn)則模型研究33-35
• 3.3.3 不同本構(gòu)模型的比較35-36
• 3.4 年齡對(duì)頭骨力學(xué)性能的影響36-38
• 3.5 不同載荷工況下頭骨的力學(xué)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(xué)性能研究42-47
• 3.7 本章小結(jié)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(guān)48-49
• 4.3 頭骨幾何模型的建立49-51
• 4.4 頭骨的三點(diǎn)彎曲性能51-56
• 4.4.1 有限元建模過(guò)程51-52
• 4.4.2 三點(diǎn)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(jié)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(xué)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(duì)頭骨力學(xué)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(xué)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(xué)性能70-72
• 5.4.3 不同方向頭骨力學(xué)性能的比較72-74
• 5.5 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-83
• 攻讀碩士學(xué)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(hào)：633810