后沖擊下人體上身有限元模型的建立及其應(yīng)用研究.pdf

1、分類號(hào)：THl22密級(jí)：(秘密、機(jī)密、絕密)學(xué)校代碼：10057研究生學(xué)號(hào)：10816003后沖擊下人體上身有限元模型的建立及其應(yīng)用研究EstablishmentandApplicationStudyonFEModelofHumanUpperBodyinRearImpact專業(yè)名稱：機(jī)械制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師姓名：薛強(qiáng)教授研究生姓名：丁梅申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士論文提交日期：2013年3月論文課題來源：天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿技術(shù)研究計(jì)劃學(xué)位

2、授予單位：天津科技大學(xué)摘要人體上身受到后沖擊作用多見于汽車追尾碰撞中，在后沖擊力下，頭會(huì)突然向后過度伸展，容易引起椎體骨折和韌帶拉傷，同時(shí)頭和整個(gè)后背會(huì)撞擊在汽車座椅上，產(chǎn)生過大的撞擊力，造成頭部腦震蕩、肋骨骨折以及內(nèi)臟器官血管破裂等損傷，威脅到人的生命，通常人們把這種由于追尾碰撞引起的人體損傷叫做揮鞭樣損傷。研究人體上身生物力學(xué)響應(yīng)，分析各組織在后沖擊力下的應(yīng)力和應(yīng)變分布情況，為人體保護(hù)裝置的研究提供了重要依據(jù)，可以減輕沖擊給人體造成

3、的損傷，在保護(hù)人員生命財(cái)產(chǎn)安全上具有重要意義。為了研究人體上身后沖擊動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，基于解剖學(xué)基礎(chǔ)，建立了人體上身有限元模型，模型中包括頭骨、腦組織、頸椎C1C7、胸椎T1T12、椎間盤、肋骨、肋軟骨、胸骨、鎖骨、肩胛骨、韌帶以及頭頸部肌肉。韌帶和肌肉采用纜單元索模型，其它組織模型采用各向同性線彈性實(shí)體單元。為了便于計(jì)算，在人體上身模型基礎(chǔ)上又增加了座椅、靠枕和人體腰部簡(jiǎn)化有限元模型，均為各向同性線彈性實(shí)體單元，起到固定和支撐人體上身有限元

4、模型的作用。在整個(gè)后沖擊過程中，對(duì)模型發(fā)生碰撞的地方設(shè)置了接觸，用于研究座椅對(duì)人體的碰撞傷害。對(duì)建好的有限元模型進(jìn)行加載驗(yàn)證，所得的運(yùn)算結(jié)果在試驗(yàn)數(shù)據(jù)區(qū)間范圍內(nèi)，驗(yàn)證了該模型的有效性，可用于生物力學(xué)研究。在LSDYNA中對(duì)模型進(jìn)行模擬后沖擊試驗(yàn)，運(yùn)算得出模型各組織的應(yīng)力和應(yīng)變曲線。分析得出人體上身有限元模型中頭部受力較大，最大應(yīng)力主要集中發(fā)生在頭和座椅碰撞的時(shí)候，對(duì)人體頭部造成了碰撞損傷，容易導(dǎo)致腦震蕩等后果。脊柱上頸椎C1C7、胸椎T