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三岁儿童乘员下肢有限元模型构建及损伤分析
| 论文题名： | 三岁儿童乘员下肢有限元模型构建及损伤分析 |
| 关键词： | 三岁儿童;儿童安全座椅;乘员下肢防护;生长板损伤;髋内翻;有限元模型 |
| 摘要： | 近年来我国陆续实施了《机动车儿童乘员使用约束系统》(GB27887-2011)、《机动车运行安全技术条件》(GB7258-2012)等相关标准，但在中国大陆至今仍缺少强制使用儿童安全座椅的相关法律。关于儿童损伤防护的研究可为将来相关法律的颁布提供数据支持，目前关于儿童乘员的头部和胸部损伤防护研究较多，但是关于下肢保护的研究相对较少。为完善儿童下肢损伤防护数据，本文应用有限元分析方法构建高生物仿真度的三岁儿童乘员下肢有限元模型并进行仿真模拟实验研究。 本研究从儿童CT图像中提取下肢骨骼、肌肉和皮肤的几何模型，并参照FMVSS213、ECE R44和C-NCAP等法规规定，结合现有儿童座椅标准规范确定三岁儿童的坐姿角度，将儿童站姿几何模型依据确定的角度进行调整，随后进行有限元网格划分。构建长骨有限元模型时参照CT图像与生长板解剖学知识单独提取出生长板。构建完成的三岁儿童乘员下肢有限元模型包含24条肌肉、3根长骨、髌骨、足骨、肌腱、韧带、脂肪和皮肤等组织，包含84187个单元和83697个节点，该模型具有较高的生物仿真度。 应用构建完成的有限元模型研究了生长板对下肢损伤结果的影响。针对生长板设置了弯曲试验和剪切试验，在每种试验中含生长板和不含生长板的下肢有限元模型在同种碰撞条件下进行模拟试验，研究结果表明生长板的存在会极大地改变下肢损伤结果，例如长骨骨折位置及韧带损伤呈现显著性差异。同时探讨了髋内翻患者的股骨力学特性，通过构建四种不同HE角(Hilgenreiner epiphyseal angle)的股骨有限元模型，对比研究髋内翻患者股骨颈的受力情况以及痫情发展趋势，结果表明HE角越大，股骨颈内侧剪应力越大，剪应力的存在会加重髋内翻的病情。 研究结果对我国的儿童乘员下肢损伤研究和损伤防护技术的开发具有一定的参考价值，并对进一步探究生长板损伤机理和髋内翻病情发展具有重要的现实意义。 |
| 作者： | 朱小菊 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李海岩 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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