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相似文献
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1.
目的 为了研究头部在钝器作用下的生物力学响应及损伤机理。 方法 利用CT图像数据和MRI图像数据对头部骨骼与内部软组织进行几何重建,然后画分网格,构建颅脑有限元模型。另一方面,对连于躯干的头部标本进行10 m/s的低速冲击,测试冲击部位接触力、顶部应变及冲击的对侧(枕部)加速度。把构建的有限元模型导入MADYMO软件进行相同条件下模拟仿真,从输出模块里输出相应部位的结果。 结果 仿真结果表明模型的头部接触力、顶部应变、对撞侧加速度与头部标本冲击实验测得值能较好吻合。 结论 建立的头部有限元模型及采用的仿真方法可满足头部钝器损伤的仿真研究需要。  相似文献   

2.
利用1.5岁儿童头部MRI和CT扫描数据,通过医学扫描断层图像三维重构和有限元前处理,建立一个具有高度解剖学细节的1.5岁儿童头部有限元模型并赋予其最新公布的儿童颅骨材料参数。利用这个头部模型重构Loyd开展的儿童尸体头部跌落试验(17个样本),将仿真输出的加速度历程曲线和尸体试验曲线的加速度峰值、脉冲持续时间等进行对比。结果表明,该模型能够反映跌落工况中儿童头部的受载情况,具有良好的生物逼真度。30 cm跌落高度下,枕部撞击时得到最大HIC值357;不同跌落工况的头部颅内压力分析显示,儿童头部遭受撞击时,颅内压的分布满足经典的撞击压-对撞压产生理论;相比前额撞击和枕部撞击,颅顶撞击和侧向顶骨撞击的撞击侧正压力峰值较大,最大值分别为241.6和157.3 k Pa,遭受同侧脑挫裂伤的风险较高;枕部撞击工况下,撞击对侧的负压力峰值大于其他撞击工况,最大值为-74.4 k Pa,遭受对侧脑挫裂伤的风险较高。跌落高度增加时,HIC和颅内压力峰值增大,损伤风险随之增加。  相似文献   

3.
目的利用三维有限元法研究髋部护具对人体股骨-骨盆复合体在侧向冲击载荷作用下生物力学响应的影响。方法基于中国力学虚拟人模型库建立股骨-骨盆-软组织复合体的三维有限元模型,包括皮质骨、松质骨和软组织,并在此基础上建立髋部护具和股骨-骨盆-软组织复合体系统的三维有限元模型;同时,在两个模型中构建刚体平面仿真地面。约束地面刚体,对两个模型均施加侧向2 m/s的速度载荷,整个仿真分析时间设定为20 ms。通过三维有限元分析计算获得两模型受侧向冲击载荷过程中应力、应变变化特性,对比分析髋部护具对股骨-骨盆复合体生物力学响应的影响。结果髋部护具使股骨-骨盆复合体在侧向冲击载荷作用下的应力峰值出现时间提前4 ms以上,且应力应变水平出现大幅度降低;皮质骨上的应力峰值降低67.88%以上,松质骨上的峰值应力下降69.34%以上,松质骨上的压缩主应变峰值降低可达63%。结论在侧向冲击载荷作用下,髋部护具对股骨-骨盆复合体具有良好的保护作用,能够有效预防骨折的发生或降低骨折风险。  相似文献   

4.
复合高过载加速度将导致人体不对称的周边视力丧失,会成为飞行安全的极大隐患。基于此,本文提出用数值仿真的手段探究加速度对双眼视力的影响,以期探索复合加速度造成人体不对称周边视力丧失的力学机制。本文首先将计算机断层扫描(CT)的成年人头骨序列图像进行三维重建,得到含有双眼眼眶的头骨仿真模型。再将之前建立的单眼球模型进行镜像,得到双眼模型,匹配至头骨模型中,并填充脂肪加以完善。对该模型分别加载头-足方向的加速度载荷(Gz)、右-左方向的加速度载荷(Gy)、胸-背方向的加速度载荷(Gx)以及三个方向的复合加速度载荷,利用显式动力学算法,得到视网膜的动态力学响应。仿真研究结果表明,复合加速度作用下双眼应变相差25.7%,其分布特征具有明显差异。本文通过建立双眼有限元模型,为探索复合加速度造成不对称的周边视力丧失的机制性研究提供一种新的手段。  相似文献   

5.
目的定量研究仿真躯干假人在确定救生伞开伞动载试验中的作用,为其开发研制提供可靠的试验手段。方法仿真躯干假人披挂救生伞进行冲击试验,用63.4kg冲击块分别以0.20,0.40,0.60,0.80m高度释放冲击块,模拟不同开伞载荷,并测试肩带拉力;同时与5具刚性躯干假人在同样冲击能量下的试验结果进行对比。24名健康男性被试者佩带救生伞背带系统,取站立姿式和坐姿,参加对比试验。结果在同样的冲击能量下,刚性躯干假人肩带响应的冲击力峰值最大,其次为人体站姿,最小为人体坐姿,各试验组之间有显著性差异(P0.01);在不同模拟开伞载荷条件下仿真躯干假人肩带冲击力峰值分别为2795,3873,4816和5736N,与人站姿试验数据(2541,3042,3720和4250N)最为接近。结论仿真躯干假人因仿真人体黏弹性特征,其在开伞冲击试验中的测试结果比刚性躯干假人更贴近人体的实际状况,而这一特性会直接影响到获得的开伞动态载荷,因此建议在救生伞研发试验中使用仿真躯干假人。  相似文献   

6.
车-人碰撞事故中行人胫骨撞击响应的二维数值分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
目的基于两相多孔弹性胫骨模型,建立一种车-人碰撞事故中行人胫骨撞击响应的二维数值分析方法。方法选用健康成年男性胫骨行CT分层扫描,结合数值插值方法获得胫骨的结构参数;在两相饱和多孔弹性理论的框架内,建立胫骨动力学控制方程组;采用自行开发的流-固耦合两相多孔介质有限元数值分析程序,数值模拟小汽车车头从侧向撞击行人下肢的动力学过程,并计算撞击载荷作用下0-200ms内行人胫骨的动力学响应。结果胫骨的弯曲变形主要集中在撞击载荷作用的区域;胫骨骨干上节点107处的侧向位移响应,约在75ms时刻出现峰值位移(-6mm),对撞击载荷有明显的时间滞后;胫骨骨干上单元E77中心处的轴向应力响应,约在30ms时刻出现峰值应力(140MPa),对撞击载荷也有明显的时间滞后。结论本研究所建立的对车-人碰撞事故中行人胫骨撞击响应的二维数值分析方法,能够近似地模拟胫骨撞击区的弯曲变形、侧向位移响应和轴向应力响应以及胫骨中骨髓流体组分对骨架固体组分动力学特性的影响。下一步研究将在现有初步结果的基础上提高胫骨动力学模型的生物仿真性。  相似文献   

7.
水下爆炸在极短的时间内产生强大的加速度,导致舰船结构破坏和人员严重损伤,严重影响舰船的作业能力。集中参数模型、多体动力学模型、有限元模型等常用于研究由于水下非接触爆炸引起的舰船冲击运动产生的舰船人员的生物力学响应。每一种模型都有其优点和局限性,基于较精确人体响应数据基础上建立的多体动力学模型可提供有用的信息;相对实际水下爆炸冲击试验而言,有限元模型是一种可行的、经济有效的方法。集中参数模型则侧重于获取人体动力学响应的整体宏观信息。通过合并有限元模型和集中参数模型得到的混合型人体模型,即增加分析的精度和空间分辨率,又降低了计算时间。通过合并多体模型和有限元模型得到的混合人体模型则弥补了两种模型的不足,充分发挥两者的优越性。  相似文献   

8.
目的评估微小型无人机由于意外失控坠落对人体特别是头部造成的伤害。方法采用ABAQUS软件进行动力学数值仿真分析,将无人机简化成不同几何形状自由下落撞击人体头部,分析撞击对人体头部的损伤度。基于人体生物组织性能参数的检索与分析,对人体头颈部通过质量-弹簧系统建模简化,头部则以实际头皮板质细节建模。结果质量为0.5 kg、下落高度为10 m时,圆盘形无人机简明损伤定级评分(abbreviated injury scale,AIS)为1.04,圆球形和锥形无人机AIS分别为1.95和2.48。若几何形状相同,随着质量和坠落高度的增加,头部冲击加速度和AIS均增加。无人机以不同角度撞击人体头部时,圆盘形无人机冲击加速度和AIS最小,损伤程度最小;圆球形和锥形无人机冲击加速度和AIS差别较小,但损伤度较大。结论微小型无人机失控坠落撞击时,无人机的坠落质量、高度及接触形状对人体头部的损伤度均有显著影响。  相似文献   

9.
通过有限元法,计算不同加速度载荷下人体脑部颅压变化,并将计算结果与头部损伤准则(HIC)标准进行对比。使用超弹+黏弹本构关系模拟脑组织行为,分析颅骨-脑组织系统在冲击载荷下的力学响应,并对比重力、脑脊液压力等对脑组织力学行为模拟的影响。结果发现,考虑重力与否(重力方向与速度和加速度方向垂直)对求解的影响相对较小,考虑重力因素会使每个颅压波动周期内的最小值略有增加。在加速度载荷施加的时间范围内,第一个颅内压力波动周期内的颅压的最大值较大,并在随后的波动周期内逐渐降低。对于人体脑部组织保护而言,考虑脑脊液压力的计算更靠近安全设计。对于不同的加速度载荷,HIC标准在判断人体脑部组织损伤时具有不一致的效果。在汽车(机车)的高速制动(加速)过程中,减速(加速)的初始阶段对人体脑组织的危害性最大。  相似文献   

10.
目的建立符合解剖结构的头颈三维动力学有限元模型,研究冲击力作用下头颈部动力学响应。方法采用中国成年男性志愿者颈部CT扫描图像,获取颈椎三维点云数据,通过有限元前处理软件ICEM-CFD和Hyper Mesh建立颈部有限元模型。模型包括椎骨、椎间盘、小关节、韧带和软骨等组织,结合已建立并验证的头部有限元模型,装配成具有详细解剖结构的人体头颈部有限元模型。结果模型参考公开发表的头颈部轴向冲击实验数据进行验证,其颈部变形、头部加速度、接触力曲线以及损伤部位与实验数据吻合较好。结论动力学三维有限元模型可用于汽车安全、运动学损伤等领域人体头颈部的动态响应和损伤机制研究。  相似文献   

11.
This study was conducted to characterize the intracranial pressure response to non-penetrating ballistic impact using a "scalp-skull-brain" pig physical head model and live pigs. Forty-eight ballistic tests targeting the physical head model and anesthetized pigs protected by aramid plates were conducted with standard 9 mm bullets at low (279-297 m/s), moderate (350-372 m/s), and high (409-436 m/s) velocities. Intracranial pressure responses were recorded with pressure sensors embedded in similar brain locations in the physical head model and the anesthetized pigs. Three parameters of intracranial pressure were determined from the measured data: intracranial maximum pressure (Pmax), intracranial maximum pressure impulse (PImax), and the duration of the first positive phase (PPD). The intracranial pressure waves exhibited blast-like characteristics for both the physical model and l live pigs. Of all three parameters, Pmax is most sensitive to impact velocity, with means of 126 kPa (219 kPa), 178 kPa (474 kPa), and 241 kPa (751 kPa) for the physical model (live pigs) for low, moderate, and high impact velocities, respectively. The mean PPD becomes increasingly short as the impact velocity increases, whereas PImax shows the opposite trend. Although the pressure parameters of the physical model were much lower than those of the live pigs, good correlations between the physical model and the live pigs for the three pressure parameters, especially Pmax, were found using linear regression. This investigation suggests that Pmax is a preferred parameter for predicting the severity of the brain injury resulting from behind armor blunt trauma (BABT).  相似文献   

12.
目的研究高压环境对人耳蜗的影响,弥补试验手段不足导致的耳蜗在高压环境下听力行为特征研究的缺失,为今后对耳蜗进行针对性研究提供新的思路。方法基于健康人耳蜗CT扫描图像,结合自编程序,利用PATRAN软件建立三维螺旋耳蜗有限元模型。应用NASTRAN软件进行流固耦合频率响应分析和瞬态响应分析,通过数值模拟方法研究高压对耳蜗的影响。结果基底膜12 mm处与镫骨底板中心(卵圆窗的中心)处位移比值模拟结果与已报道的试验结果相吻合,验证了所建模型的正确性。高压环境下,耳蜗中基底膜特征频率点的幅值随着压强的增大而不断减小。结论高压环境最终导致人耳听力的降低。研究结果为临床上研制防治高压的缓冲装置提供理论支撑。  相似文献   

13.
基于有限元法的人类头部损伤生物力学的模拟分析   总被引:4,自引:1,他引:3  
根据正常头部螺旋CT扫描影像,通过对CT扫描影像的图像处理,利用计算机辅助工程技术,采用单元网格划分和三维重构技术,开发、建立了三维的人类头部有限元计算模型。应用本模型模拟颅脑在直接碰撞中的生物力学问题。计算模型比较真实地反映了头颅实际碰撞实验中的物理反应,比较忠实地再现了某些实验的结果,如头部撞击合力和脑压力/强等。同时,脑压力,强的分布再次证实了经典的撞击压-对撞压产生理论。本研究的计算模型可为进一步的头部损伤生物力学研究提供一种新的工具。  相似文献   

14.
本文提出了一种应用结合有限元和边界元的方法求解三维心电图逆问题。文中推导了描叙人类心电场的有限元模型和边界元模型,以及二者结合的形式,并在一个包含各向异性导电性肌肉层的三维人体模型下进行了心外膜电位的重构计算。其结果证明这种方法对求解多层和包含各向异性媒质场域内的电磁场逆问题非常有效。  相似文献   

15.
目的探讨常压和高压环境下噪声对耳蜗的影响,用数值模拟方法弥补试验手段不足导致的噪声对耳蜗听力行为特征研究的缺失。方法基于健康人耳蜗CT扫描图像,结合自编程序,利用PATRAN软件建立三维螺旋耳蜗有限元模型。应用NASTRAN软件进行流固耦合频率响应分析和瞬态响应分析,通过数值模拟方法模拟常压和高压环境中噪声对耳蜗的影响。结果模型计算结果与文献中已报道的试验结果相吻合,验证了模型的正确性。当频率小于5 kHz时,常压和高压环境中噪声激励下基底膜位移基本一致;当频率大于5 kHz时,常压环境中噪声激励下基底膜位移逐渐减小,而高压环境中噪声激励下基底膜位移却持续增加。结论高压环境中噪声对基底膜高频影响更加明显。数值模拟结果弥补了试验手段不足导致的噪声对人耳蜗听力行为特征研究的缺失,为今后对耳蜗进行针对性试验研究提供了新的思路和理论支撑。  相似文献   

16.
17.
关于头部组织材料性能敏感性对颅内压力响应的研究   总被引:1,自引:1,他引:0  
应用有限元法 (finiteelementmethod)和试验设计技术 (design of experimentDOE)研究人头部颅骨(skull)、脑脊液 (cerebral spinal fluidCSF)和脑髓 (brain)材料性能的敏感性对颅内因撞击而产生的压力响应。该研究采用头部的有限元模型 ,用三因子、三层次的因子试验设计对影响颅内因撞击而引起的压力的颅骨、脑脊液和脑髓的材料性质的敏感性进行分析。研究结果进一步证实了颅骨、脑脊液、脑髓的材料性能对颅内因撞击而引起的压力的重要影响。本研究为进一步的头部的有限元分析提供了新的见解 ,并提出了对头部组织的材料性能作更进一步的探索。  相似文献   

18.
人工听骨不同接入方式对耳结构动力响应的影响   总被引:2,自引:0,他引:2  
目的 研究人工听骨接入方式对听力恢复的影响。方法 通过CT扫描技术,结合自编C++程序读取CT数据中体单元建立人耳结构几何模型,将几何模型导入PATRAN中建立有限元数值模型。采用频率响应方法对耳结构模型进行流固耦合计算,同时分析人工听骨不同接入方式及接入位置对耳结构声音传导的影响。结果 通过对正常人耳的动力响应分析,得到数值模型中计算出的鼓膜凸与镫骨底板振幅与试验数据吻合,验证本文模型的正确性。结论接在鼓膜凸的位置其动力响应最好,镫骨振幅高于其他连接方式。即人工听骨接在鼓膜凸的位置比较吻合人耳的生理功能,其重建听力效果更好。  相似文献   

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