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三岁儿童头部的有限元模型建立及仿真分析
| 论文题名： | 三岁儿童头部的有限元模型建立及仿真分析 |
| 关键词： | 儿童头部损伤;有限元模型;仿真分析;汽车试验 |
| 摘要： | 与成人相比，儿童头部的组织结构存在明显差异，在事故中头部损伤的风险也更大。最新的研究表明，在相同的损伤条件下，儿童头部可能导致比成人头部更严重的损伤后果。然而，目前针对儿童头部的损伤准则都是基于成人尸体实验数据，儿童假人也是在此基础上开发的，使得儿童假人的精确性不高，不利于对儿童开展深入的损伤生物力学研究。在头部损伤的研究中，头部有限元模型是非常有用的工具，精确的头部有限元模型的仿真分析能够得到较准确的头部响应，从而更好的预测头部损伤，减少头部的伤害。但是，精确的头部有限元模型比较缺乏，尤其是儿童的头部有限元模型。因此，建立精确的儿童头部有限元模型并开展儿童头部损伤生物力学研究具有重要的工程意义和实用价值。 本文以成人头部有限元模型、部分儿童头部实验数据及动物头部的生物力学实验为基础，根据三岁儿童头部脑组织的特有生物结构，运用ANSYS ICEM CFD以及HYPERMESH软件对儿童头部CAD模型进行合理的网格划分，得到具有高度解剖学细节的有限元模型。模型由大脑、胼胝体、小脑、脑干、脑镰、脑幕、脑脊液(集合了软脑膜以及蛛网膜)、硬脑膜、颅骨、骨缝以及头皮组成。其中基于多特征块的ANSYS ICEM CFD软件可以快速建立高质量的脑部六面体网格模型，并能够较方便的调整网格密度，以满足不同计算条件下网格密度的要求。本文建立了三个网格密度不同的脑组织模型。 针对建立的三个网格密度不同的脑组织模型，运用LS-DYNA软件进行仿真计算，输出脑部有限元模型不同位置的压力响应，对比分析不同网格密度对脑部响应及对计算耗时的影响。基于Nahum颅内压力实验及Hardy颅脑相对运动实验，将成人脑组织模型及儿童头部模型进行仿真计算，分别得出成人脑组织与儿童脑组织的颅内压力及相对位移量，并进行对比分析。同时，运用MADYMO软件对三岁儿童头部有限元模型进行典型跌落事故的重建，并在LS-DYNA中进行仿真分析，通过仿真结果与事故儿童的伤情对比，验证了所建立的三岁儿童头部颅骨有限元模型具有足够的生物逼真度，可以用于后续深入的损伤生物力学研究。 |
| 作者： | 高海涛 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 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： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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