利用物质点法研究不同头部模型对头部碰撞动态响应的影响

目的 探讨头部肌肉及边界条件对头部碰撞动态响应的影响。方法 通过人体扫描CT图片构建3种人体头部三维物质点碰撞模型,第1种为简化的自由头部模型（SHFr）,包括头骨、膜层、脑组织,头部自由;第2种为带肌肉的自由头部模型(MHFr),包括头部肌肉、头骨、膜层、脑组织,头部自由;第3种为带肌肉的肩部固定的模型(MHSFi),包括头部肌肉、头骨、膜层、脑组织、肩部肌肉、肩颈部骨骼,肩部下缘固定。一铅质圆柱体锤以6.4 m/s初始速度垂直撞击前额部位,通过物质点法模拟计算3种模型的动态响应。结果 在本数值模拟条件下,SHFr、MHFr、MHSFi 3种模型的头部加速度峰值分别为6.018×103、4.69×103、4.76×103 m/s2。结论 头部肌肉的存在会分散头部的受力分布,扩大头部受力面积,减小受伤程度;在短时间冲击过程中,头部自由与肩部固定对头部动态响应的影响不大。     

不同骨密度下人体脊柱着陆冲击响应的数值模拟

目的 用数值模拟方法探讨人体骨密度改变对人体脊柱着陆冲击响应的影响。方法 通过人体扫描CT图片构建人体头骨、颈椎、胸椎、腰椎、尾椎、盆骨、韧带的三维物质点模型,并将这些模型固定连接作为人体脊柱模型固定置于利用MPM3D程序构建的长方体椅背物质点模型上,构建人体脊柱着陆冲击模型。在椅背上施加加速度载荷,模拟人体脊柱仰卧于椅背受到着陆冲击载荷的情况。通过改变脊柱骨骼密度及对应骨骼弹性模量模拟计算不同骨密度下人体脊柱的着陆冲击响应。结果 正常骨骼密度时,人体脊柱的整体损伤评价γ值为1.589 3;骨密度分别减小2%、4%、6%、8%、10%时,对应人体脊柱的整体损伤评价γ值分别为1.608 6、1.634 7、1.641 0、1.662 5、1.680 5。结论 在受到相同的冲击载荷时,人体骨骼密度越小,人体对冲击载荷的响应越大,越容易受伤。