針對(duì)艦載機(jī)飛行員在阻攔著艦過(guò)程中因受到較大的阻攔載荷而導(dǎo)致頸部疼痛發(fā)病率較高問(wèn)題,采用有限元方法開(kāi)展了持續(xù)過(guò)載條件下飛行員頸部的生物力學(xué)響應(yīng)研究�；贑T掃描圖像,運(yùn)用Mimics對(duì)頭部及C1-T1椎體進(jìn)行三維重建,利用Geomagic Studio進(jìn)行曲面構(gòu)型,運(yùn)用Hypermesh和ABAQUS建立有限元模型,并在ABAQUS中計(jì)算各椎體及軟組織的應(yīng)力應(yīng)變情況,結(jié)合損傷評(píng)價(jià)判定準(zhǔn)則——NIC和N_ij對(duì)飛行員頸部損傷情況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。結(jié)果表明:有限元模型動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和建模方法的可行性;關(guān)節(jié)囊韌帶拉伸較其他韌帶更長(zhǎng),易造成拉傷或松弛,長(zhǎng)期訓(xùn)練會(huì)造成韌帶受損、椎間盤突出和頸椎失穩(wěn)等疾病;C4-C5椎間盤的應(yīng)力均值大于C5-C6椎間盤,因此,該部位更容易造成損傷,應(yīng)強(qiáng)化保護(hù);頸部危重及以上損傷的概率僅為6.07%,即造成椎骨和脊髓損傷的可能性很小。研究結(jié)果可為飛行員頸部保護(hù)裝置、對(duì)抗措施和飛行訓(xùn)練方法的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供理論支撐。 

【文章來(lái)源】：北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2019,45(03)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

椎間盤建立Fig．1Intervertebraldiscbuilding

第3期包佳儀，等:阻攔著艦過(guò)程中飛行員頸部的損傷分析與預(yù)測(cè)行捆綁約束，使其不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。同樣，椎體與關(guān)節(jié)軟骨、肌肉，纖維環(huán)與髓核也進(jìn)行捆綁約束［11］。由于關(guān)節(jié)軟骨之間存在著滑動(dòng)，故每對(duì)關(guān)節(jié)軟骨之間建立無(wú)摩擦有限滑移面-面接觸方式。由于本文只分析頸部的受力與損傷情況，故將頭部實(shí)體化處理，并添加4．69kg的質(zhì)量［12］。裝配完成后的有限元模型如圖2所示。表1模型材料參數(shù)［7-9］Table1Modelmaterialparameters［7-9］組織名稱彈性模量/MPa泊松比密度/(10－3kg·m－3)單元類型皮質(zhì)骨100000．32．0Shell松質(zhì)骨4500．31．0Solid椎骨終板10000．41．83Shell纖維環(huán)3．40．41．2Solid髓核1．00．491．1Solid前縱韌帶28．20．41．1Truss后縱韌帶230．41．1Truss黃韌帶3．50．41．1Truss關(guān)節(jié)囊韌帶50．41．1Truss棘上韌帶4．90．41．1Truss翼狀韌帶50．41．1Truss寰椎橫韌帶200．41．1Truss齒突尖韌帶200．41．1Truss寰枕前膜200．41．1Truss寰枕后膜200．41．1Truss表2肌肉的參數(shù)設(shè)置［10］Table2Muscleparametersetting［10］材料參數(shù)數(shù)值密度ρ/(kg·m－3)1．06泊松比ν0．495彈性分量μi/MPa0．01148彈性分量αi12．32黏性分量Gi0．001，0．575，0．288，0．137黏性分量βi/s－173．4，50．3，42．7，0．255圖2完整有限元模型Fig．2Completefiniteelementmodel2頭頸部有限元模型的驗(yàn)證本文結(jié)合Panjabi等［13］進(jìn)行的頭頸部基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)和Ewing等［

量αi12．32黏性分量Gi0．001，0．575，0．288，0．137黏性分量βi/s－173．4，50．3，42．7，0．255圖2完整有限元模型Fig．2Completefiniteelementmodel2頭頸部有限元模型的驗(yàn)證本文結(jié)合Panjabi等［13］進(jìn)行的頭頸部基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)和Ewing等［14］的志愿者前碰撞實(shí)驗(yàn)，從靜態(tài)及動(dòng)態(tài)2個(gè)方面對(duì)有限元模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。1)靜態(tài)驗(yàn)證依據(jù)Panjabi等的頭頸部基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)［13］，對(duì)模型進(jìn)行仿真計(jì)算。建立如圖3所示坐標(biāo)系。約束第1節(jié)胸椎T1下表面的6個(gè)自由度。在頭部的旋轉(zhuǎn)中心位置選擇一參考點(diǎn)，并與頭部的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)耦合約束，在該點(diǎn)上分別在±X、±Y、±Z方向加載1．5N·m的純力矩［15］，分別產(chǎn)生前屈、后伸、左右側(cè)屈以及軸向旋轉(zhuǎn)。然后，分別在椎體的前部選取參考點(diǎn)，輸出各個(gè)參考點(diǎn)在該坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并計(jì)算出相鄰椎體之間的椎間活動(dòng)度(相鄰椎體間活動(dòng)角度之差)。靜態(tài)驗(yàn)證將仿真計(jì)算出的椎間活動(dòng)度與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做對(duì)比分析，分為前屈、后伸、側(cè)屈和軸向旋轉(zhuǎn)4個(gè)過(guò)程。以側(cè)屈過(guò)程為例，活動(dòng)度和仿真效果如圖4、圖5所示，圖4灰色線段為標(biāo)準(zhǔn)誤差線，C1～C7為椎骨編號(hào)。由圖4可見(jiàn)，仿真計(jì)算得到的數(shù)據(jù)與離體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，各椎體之間的活動(dòng)度均在離體實(shí)驗(yàn)的誤差范圍之內(nèi)，F(xiàn)E仿真數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合。因此可認(rèn)為FE模型能較好地模擬頸椎受力時(shí)真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，仿真計(jì)算結(jié)果可信。圖3坐標(biāo)系示意圖Fig．3Schematicdiagramofcoordinatesystem圖4側(cè)屈椎間活動(dòng)度數(shù)據(jù)對(duì)比Fig．4Datacompari

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]±Gx加速度對(duì)航母艦載機(jī)飛行員的影響及防護(hù)對(duì)策[J]. 張選斌,唐勇,岳洪梅.  人民軍醫(yī). 2013(10)
[2]外軍航母艦載機(jī)飛行員職業(yè)特點(diǎn)分析[J]. 張建,王慶敏,李明皋,沈俊,朱偉,劉秋紅,萬(wàn)輝.  海軍醫(yī)學(xué)雜志. 2012(02)
[3]基于揮鞭樣損傷研究的頸部有限元模型的建立及驗(yàn)證[J]. 張建國(guó),周蕊,薛強(qiáng).  中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào). 2008(03)

碩士論文
[1]高速后碰撞時(shí)人體上頸椎的有限元分析[D]. 劉映璇.太原理工大學(xué) 2017
[2]艦載機(jī)著艦引導(dǎo)技術(shù)研究[D]. 鄭峰嬰.南京航空航天大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3359596