原文传递
中国人体50百分位小腿有限元模型开发及骨折特性研究
| 论文题名： | 中国人体50百分位小腿有限元模型开发及骨折特性研究 |
| 关键词： | 建模方法;中国50百分位;人体测量学;骨折特性;汽车碰撞安全 |
| 摘要： | 在汽车碰撞安全的研究方法中，有限元法因其独特的优点，成为研究的主要方法之一。人体下肢有限元模型，作为下肢交通损伤生物力学研究的主要工具，常被用于整车优化、事故重建及损伤研究。下肢有限元模型经历了若干个时期的发展，其计算和仿生精度得到了较大的提升。 但是，现有的下肢有限元模型仍存在很多问题:首先，模型均是基于欧美人体建立，与中国人体存在较大差异;其次，现有模型均是将下肢肌肉作为整体建模，不便于模拟真实的肌肉主动力。因此，建立具有肌肉束模型的基于中国人体特征的50百分位男性下肢有限元模型显得至关重要。 因此，本文在文献研究基础上，制定了一种用于中国人体下肢有限元模型建模的方案，并用于中国50百分位男性小腿的建模。基于文献研究，获得了中国50th男性下肢的人体统计学数据。利用CT及MRI扫描数据提取了几何数据，进行了网格的划分，模型包含脚骨（26块）、胫骨、腓骨、11束肌肉模型等，并依据中国人体统计学数据，对模型进行缩放，获得50百分位男性小腿网格模型。 在此基础上，对模型进行了部件及属性和材料的定义。针对下肢在交通事故中的损伤特点，进行了胫骨与腓骨不同方向的准静态三点弯曲验证，胫骨、腓骨、小腿的侧向不同部位的动态三点弯曲验证，小腿的轴向冲击等验证。 结果显示，模型的动力学特性与实验吻合较好，冲击力峰值的大小与出现的时刻基本一致，胫骨骨折弯矩:308.6N·m(Pro)、233.3N·m(Mid)、218.1N·m(Dist)，也在耐受限度的范围（254±71N·m）之内，表明所建立的下肢有限元模型具有较好的精度和生物逼真度，所制定的中国人体下肢有限元建模方案具有较高的应用价值。 针对下肢长骨刚性冲击器三点弯曲验证时，在骨折之前出现的冲击点位置单元压溃现象，进行了猪腿长骨实验研究，建立了特定样本有限元模型，结合SEM扫描，对压溃的产生过程及影响进行了研究，并探讨了仿真与试验中压溃的不同和如何避免仿真中压溃的影响。 通过对压溃现象的实验及仿真研究，表明，压溃导致冲击点的分层现象及骨折路径改变，对实验曲线波动的影响相对于仿真较小，并且冲击区域不使用单元删除算法避免压溃影响是合理的，为模型建立的验证工作提供了参考。 最后，在模型建立的基础上，应用模型研究了三种踝关节融合术对临近关节及软组织的影响，对三种踝关节融合术进行了评价。结果显示，前路加压踝关节融合术具有较小的术后临近关节的关节炎病变可能。 |
| 作者： | 杜现平 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 曹立波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
