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三岁儿童乘员腹部有限元模型的构建及损伤分析
| 论文题名： | 三岁儿童乘员腹部有限元模型的构建及损伤分析 |
| 关键词： | 3岁儿童乘员;交通事故;腹部损伤;碰撞响应;有限元模型 |
| 摘要： | 交通事故是造成人体伤害的主要原因之一。由于儿童生长发育的特征，使得其成为交通事故中的弱势群体。3岁是一个重要的身体成长的分水岭，其腹部在整个身体中所占比例相比成人要大，但腹部骨结构对腹部内脏的保护却相对较弱，因此其更容易受到伤害，然而，腹部作为第三处易受损伤部位，其损伤是非常可怕的。由于伦理道德的原因，直接用生理试验来研究腹部内脏损伤很少，随着有限元的快速发展，用有限元技术来研究人体内脏损伤成为一种新方法。 本文基于一名3岁女性儿童腹部志愿者CT图像，参照儿童解剖学结构特征，应用Mimics医学软件，提取3岁儿童腹部组织几何模型，通过Geomagic Studio逆向工程软件对其几何模型进行处理与曲面片的划分，在TrueGrid和HyperMesh软件中完成有限元网格的划分及处理，构建了符合人体解剖学结构特征的3岁儿童腹部乘员有限元模型。在Pam-Crash软件中对儿童相应组织赋予材料属性参数后，参照Ouyang等腹部尸体试验对该有限元模型进行有效性的验证。有限元模型碰撞中，儿童腹部最大撞击力为436.98N，介于尸体试验所统计的530.30±102.62N之间，其撞击力-腹部压缩变形曲线与Ouyang尸体试验撞击力-腹部压缩变形曲线通道走势基本吻合，且在通道之内。 将该模型中撞锤沿其速度方向的垂直线左、右旋转30°角度，对比分析3种条件设置下儿童腹部撞击力-腹部压缩变形情况以及通过各内脏最大应变来比较分析其内脏损伤程度。结果表明:3种角度下，儿童腹部压缩变形量相同，正面碰撞条件下儿童所受撞击力最小;由于儿童腹部内脏组织的不对称原因，3种条件下儿童腹部内脏损伤程度有显著差异。 应用所建的3岁儿童腹部有限元模型，参照Koizumi T.的试验设置，模拟仿真侧面碰撞下儿童腹部损伤情况。结果显示，3岁儿童乘员腹部有限元模型碰撞响应与通过成人缩放得到的3岁儿童有限元模型、3岁假人模型相比有显著差异。真实解剖学结构的有限元模型生物仿真度更高一些。同时，对此模型，进行不同速度下腹部损伤分析，结果表明:撞击位置对儿童腹部内脏的损伤有很大的影响，随着速度的增大，其接触力与变形显著增大，且内脏损伤程度会越严重。 本文构建的3岁儿童腹部有限元模型具有较高的生物仿真度，其可为儿童腹部损伤研究提供可靠的基础数据，同时可应用于儿童腹部防护设施的研发。 |
| 作者： | 芦瑞瑞 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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