本文關(guān)鍵詞：高仿生度人體頸部碰撞分析模型建模及損傷機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：車輛碰撞過(guò)程中,頸部是最容易受傷的部位之一。利用有限元方法建立頸部有限元模型,進(jìn)而利用實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證,并利用驗(yàn)證后的模型進(jìn)行頸部損傷機(jī)理的探索已經(jīng)成為目前頸部損傷研究最常用的方法。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)建立了多個(gè)人體頸部有限元力學(xué)模型并開(kāi)展了頸部損傷機(jī)理的探究。但由于頸部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,現(xiàn)有模型網(wǎng)格劃分時(shí),通常進(jìn)行了大量的簡(jiǎn)化,使得模型不夠精細(xì);模型一般只開(kāi)展頸部無(wú)肌肉模型的跌落實(shí)驗(yàn)及有肌肉模型的志愿者后碰撞臺(tái)車試驗(yàn)驗(yàn)證,而很少開(kāi)展軸向拉伸及屈伸、側(cè)彎及扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,模型的仿真驗(yàn)證相對(duì)較少;現(xiàn)有模型用實(shí)體單元或殼單元連接相鄰椎骨實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)的模擬,雖然可以較準(zhǔn)確的模擬頸椎整體的運(yùn)動(dòng)模式,但在局部組織的應(yīng)力/應(yīng)變方面以及伴有頭部旋轉(zhuǎn)的分析工況時(shí)存在不足,不能真實(shí)的表達(dá)由關(guān)節(jié)軟骨面、囊韌帶和關(guān)節(jié)腔組成的關(guān)節(jié)的生理功能,其仿生度還存在較大的提升空間。針對(duì)以上問(wèn)題,本文開(kāi)展了如下工作:(1)人體頸部高仿生度有限元模型的建立�；�50百分位中國(guó)男性成年志愿者的CT掃描數(shù)據(jù),獲取了椎骨三維幾何模型,并對(duì)其進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分。接著根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)對(duì)關(guān)節(jié)、韌帶等組織進(jìn)行了建模,并根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)定義各組織材料參數(shù),得到最終的人體頸部有限元模型。該模型包括頸椎椎骨(C1-C7)及一節(jié)胸椎椎骨(T1)、韌帶、椎間盤(pán)、小關(guān)節(jié)和肌肉,以及顱骨與C1和C1與C2之間的可以模擬頭部點(diǎn)頭、后仰及旋轉(zhuǎn)的寰枕關(guān)節(jié)和寰樞關(guān)節(jié)。本文將所建立的頸部模型與之前的頭部模型進(jìn)行連接,最終得到一個(gè)具有比以往模型更高仿生度的頭頸部模型。(2)基于文獻(xiàn)的頸部實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證�；赑anjabi等人進(jìn)行的頸椎前屈/后伸/側(cè)屈/旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn),開(kāi)展模型的仿真驗(yàn)證,考核韌帶、椎間盤(pán)、關(guān)節(jié)等對(duì)椎骨活動(dòng)度的影響;基于Van等人進(jìn)行的椎骨軸向拉伸實(shí)驗(yàn),開(kāi)展頸椎拉伸仿真驗(yàn)證,考核頭部約束條件和偏心拉伸載荷對(duì)頸部響應(yīng)的影響;基于Nightingale等人進(jìn)行的頭/頸部模型跌落試驗(yàn),開(kāi)展了無(wú)肌肉頭頸部模型的仿真驗(yàn)證,考核頸部屈曲模式與實(shí)驗(yàn)的一致性;基于Davidson等人進(jìn)行的志愿者低速后碰撞臺(tái)車試驗(yàn),開(kāi)展了包含肌肉的頸部模型的仿真驗(yàn)證,考核頸部模型整體運(yùn)動(dòng)模式與真實(shí)人體運(yùn)動(dòng)模式的一致性。(3)后碰撞頭頸部生物力學(xué)響應(yīng)研究。以低速后碰撞為例,利用本文驗(yàn)證后的頭/頸部模型進(jìn)行仿真分析,給出了后面碰撞上頸椎韌帶、關(guān)節(jié)囊韌帶、椎間盤(pán)及椎骨響應(yīng)參數(shù),并評(píng)估了頸部各組織可能發(fā)生的損傷及頸部損傷的機(jī)理。本文所建立的頸部模型較以往模型仿生度更好,可用于交通事故中頸部損傷機(jī)理的研究,并為汽車碰撞中乘員傷害評(píng)價(jià)研究提供參考。
【關(guān)鍵詞】：高仿生度 有限元模型 頸部 關(guān)節(jié) 后碰撞
【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】：2016
【分類號(hào)】：R681.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 車輛碰撞中頸部損傷的研究背景和意義11
• 1.2 頸部損傷機(jī)理11-12
• 1.3 頸部損傷準(zhǔn)則12-14
• 1.4 頸部模型的發(fā)展14-18
• 1.5 課題研究?jī)?nèi)容18-21
• 第2章 人體頭頸部有限元模型的建立21-41
• 2.1 椎骨幾何模型的建立21-24
• 2.2 上頸椎的生理結(jié)構(gòu)及有限元模型建立24-31
• 2.2.1 上頸椎生理結(jié)構(gòu)24-26
• 2.2.2 上頸椎網(wǎng)格劃分26-27
• 2.2.3 上頸椎關(guān)節(jié)模型的建立27-29
• 2.2.4 關(guān)節(jié)副接觸定義29-30
• 2.2.5 上頸椎韌帶模型的建立30-31
• 2.3 下頸椎生理結(jié)構(gòu)及有限元網(wǎng)格劃分31-34
• 2.3.1 下頸椎生理結(jié)構(gòu)31-32
• 2.3.2 下頸椎網(wǎng)格劃分32-33
• 2.3.3 下頸椎關(guān)節(jié)模型建立33-34
• 2.4 椎間盤(pán)解剖結(jié)構(gòu)及椎間盤(pán)有限元模型的建立34-35
• 2.5 韌帶解剖結(jié)構(gòu)及韌帶有限元模型的建立35-36
• 2.6 肌肉解剖結(jié)構(gòu)及肌肉有限元模型的建立36-38
• 2.7 頸部有限元模型與頭部模型的接合38-39
• 2.8 頸部主要組織材料參數(shù)39-41
• 第3章 基于文獻(xiàn)的人體頭頸部有限元模型驗(yàn)證41-57
• 3.1 基于Panjabi前屈/后伸/側(cè)屈/旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證41-44
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)描述41
• 3.1.2 仿真邊界條件的設(shè)定41-42
• 3.1.3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析42-44
• 3.2 基于Van軸向拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證44-48
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)描述44-45
• 3.2.2 仿真邊界條件的設(shè)定45-46
• 3.2.3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析46-48
• 3.3 基于Nightingale頭頸部跌落實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證48-52
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)描述48-49
• 3.3.2 仿真邊界條件的設(shè)定49
• 3.3.3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析49-52
• 3.4 基于Davidsson后碰撞臺(tái)車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證52-57
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)描述52-53
• 3.4.2 仿真邊界條件的設(shè)定53
• 3.4.3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析53-57
• 第4章 后碰撞頭頸部生物力學(xué)響應(yīng)57-65
• 4.1 后碰撞仿真模擬57-58
• 4.1.1 碰撞條件的設(shè)定57
• 4.1.2 仿真模擬與乘員動(dòng)力學(xué)響應(yīng)對(duì)比分析57-58
• 4.2 頸部損傷研究58-62
• 4.2.1 主要韌帶響應(yīng)參數(shù)分析58-59
• 4.2.2 椎間盤(pán)響應(yīng)參數(shù)分析59-61
• 4.2.3 椎骨響應(yīng)參數(shù)分析61-62
• 4.3 低速后碰撞頸部耐受分析62-63
• 4.4 頸部損傷預(yù)測(cè)63-65
• 4.3.1 韌帶損傷63
• 4.3.2 椎間盤(pán)損傷63-64
• 4.3.3 椎骨損傷64-65
• 第5章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 論文的主要研究工作65
• 5.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)65
• 5.3 后續(xù)工作展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果73-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：高仿生度人體頸部碰撞分析模型建模及損傷機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：304366