背面效應(yīng)人體胸部防護有限元建模與仿真研究.pdf

1、撞擊傷是人體在外力作用下，其組織及內(nèi)部器官受到物理損傷，導(dǎo)致功能喪失，甚至致死。士兵在戰(zhàn)場中所受到的最大威脅即槍彈傷。雖然防彈衣的使用可有效地阻止子彈穿透人體組織所造成貫穿性損傷，但子彈擊中人體時仍有相當(dāng)多的能量通過防彈衣傳遞到人體而造成損傷，這種現(xiàn)象即—背面效應(yīng)。為了能更好的預(yù)測撞擊損傷，探索損傷機理和防護措施是十分必要的。隨著計算機仿真研究手段和方法的提高，動態(tài)有限元方法在人體創(chuàng)傷和防護研究領(lǐng)域的應(yīng)用，克服了過去依賴動物實驗獲得數(shù)據(jù)

2、的局限性。通過仿真可以獲取人體體腔內(nèi)部各部位和器官的應(yīng)力響應(yīng)和變形，與動物實驗數(shù)據(jù)相比，更符合人體實際情況。因此有限元法用于創(chuàng)傷力學(xué)研究，逐漸成為目前的重要研究手段。動態(tài)有限元模擬分析更適用于不可實驗的人體生物力學(xué)的研究，從計算力學(xué)的角度來研究人體撞擊損傷，采用力學(xué)理論來詮釋問題，已逐漸成為人體生物力學(xué)研究的主要手段。
　　本課題的研究采用醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)及逆向點云數(shù)據(jù)兩種數(shù)據(jù)形式，通過醫(yī)學(xué)三維重建及逆向點云處理建立了皮膚（含肌肉組織

3、）、肋骨、肺、心臟、肝臟和胃的幾何模型。在幾何模型的基礎(chǔ)上，進行有限元網(wǎng)格劃分，設(shè)置單元類型及單元的大小，生成用于力學(xué)分析的人體胸部、護甲及子彈的有限元模型。對該有限元模型進行動態(tài)模擬計算，研究在體外沖擊載荷作用下，應(yīng)力波在胸部組織器官中傳遞規(guī)律。獲得人體胸部各部分器官的位移形變和應(yīng)力-應(yīng)變等生物力學(xué)變化數(shù)據(jù)。并采用與人體軟組織器官材料力學(xué)屬性相似的非生物材料，進行射擊實驗，得到了隨時間變化的壓力曲線。通過對模擬數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)進行對比，