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基于有限元法的六岁儿童乘员腹部碰撞与损伤机理研究
| 论文题名： | 基于有限元法的六岁儿童乘员腹部碰撞与损伤机理研究 |
| 关键词： | 机动车辆;交通事故;儿童乘员;腹部碰撞;损伤机理 |
| 摘要： | 生活中，机动车辆交通事故是导致儿童受伤和意外死亡的主要原因。使用儿童约束系统和增高座垫的儿童其腹部损伤是继头胸损伤之后人体第三大最容易受到损伤的部位。其中，4-8岁的儿童在交通事故腹部损伤风险更高。他们受到的腹部AIS2+(AIS: Abbreviated Injury Scale)损伤的几率是0-3岁儿童的24.5倍，9-15岁儿童的2.6倍。正是因为这种原因，研究4-8岁儿童腹部损伤机制和损伤极限在保护儿童乘员安全方面是重要和必要的。文献中关于腹部生物力学响应研究显示，通过尸体试验的方法来研究腹部损伤难度很大，并且从实验室得出的试验结果也很难做出与现实事故一致的合理解释。因此，就迫切需要开发一个具有详细脏器的高仿真度的儿童腹部有限元模型，用来研究在交通事故碰撞过程中腹内脏器的损伤机制。开发此模型的最终目标就是增加儿童乘员的安全性，进而减少4-8岁儿童在交通事故中的损伤。 该论文构建了一个六岁儿童乘员的腹部有限元模型，用来预测在各种碰撞环境中的腹部损伤。本模型的几何数据来源于一个具有真实解剖学结构的六岁儿童医用CT影像。由于几何数据是在儿童站姿状态下获得，要得到儿童坐姿的几何特征，需要对原有几何数据进行调整。调整的依据参照了FMVSS213、ECE R44和C-NCAP等法规规定，结合现有儿童座椅标准规范，将儿童站姿几何模型依据生理变化规律进行角度调整。调整的角度主要包括盆骨的角度、盆骨与股骨之间的角度、盆骨和脊柱之间的角度、脊柱的曲率等。腹部骨骼、脏器、肌肉、韧带和大血管等组织结构的位置在GeomagicTM软件中作相应调整。调整好位置后再在HyperMeshTM软件中划分网格，加载材料属性和边界条件。最后，在LS-DYNATM软件中进行碰撞仿真模拟分析。本研究所构建的六岁儿童乘员腹部有限元模型包括肝脏、脾脏、肾脏、胃、肌肉、皮肤、骨骼、韧带和大血管等腹部主要结构。 六岁儿童乘员腹部有限元模型的有效性通过与尸体试验所的撞锤侧面碰撞试验数据作对比，得到了有效的验证，腹部模型能够合理地预测人体腹部在各种碰撞条件下的响应。结果表明，最终的应力应变可以作为腹部实体器官损伤的评价标准。 本研究的实验结果可以对腹部损伤模式提供一个参考，也为进一步的损伤机制和损伤极限的生物力学研究提供基础。该儿童有限元模型还可以用来再现预碰撞和碰撞事件，并可帮助理解前向儿童保护原则以及当前和未来的汽车安全系统与儿童安全防护的优化设计。 |
| 作者： | 孙田军 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 阮世捷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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