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基于颈部肌肉主动力的乘员后碰撞颈部损伤机理与防护研究

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基于颈部肌肉主动力的乘员后碰撞颈部损伤机理与防护研究

作者：曹迎春湖南大学

学位级别：硕士

颈部损伤是交通事故中最常见的损伤,也是最致命的损伤形式之一,往往会导致伤者伴有长期的后遗症,给社会和个人造成巨大的经济负担和精神损失。多年来研究者们进行了大量的试验和数值研究,但由于颈部复杂的解剖学结构及生物力学特性,人... 详细信息

颈部损伤是交通事故中最常见的损伤,也是最致命的损伤形式之一,往往会导致伤者伴有长期的后遗症,给社会和个人造成巨大的经济负担和精神损失。多年来研究者们进行了大量的试验和数值研究,但由于颈部复杂的解剖学结构及生物力学特性,人们仍无法确定颈部的损伤机理。因此,通过对乘员颈部损伤机理的研究,特别是考虑肌肉主动力作用的影响,对减轻颈部损伤保护乘员安全具有积极的意义。本文目的在于建立具有较高生物逼真度的可模拟肌肉主动力的乘员头颈部有限元模型,并在后碰撞条件下验证其有效性;研究后碰撞中颈部肌肉主动力对头颈部动力学响应及颈部生物力学响应的影响,为开发设计更安全的座椅约束系统提供理论依据。本文首先以50百分位成年男性颈部的MRI资料为依据,重建了人体颈部肌肉的三维模型,采用克里格插值方法将其与头颈基础模型进行匹配,并划分网格定义颈部肌肉的主被动材料属性,在后碰撞条件下验证建立的头颈模型的有效性。然后采用建立的头颈有限元模型、Bio RID II假人有限元模型躯干部分、安全带模型和座椅模型建立了用于分析颈部损伤生物力学的后碰撞混合模型,并对该模型进行了有效性验证。最后在颈部肌肉处于主、被动两种响应状态时,分析了不同碰撞强度对乘员头颈部动力学响应和颈部生物力学响应的影响,同时分析了座椅几何参数对颈部损伤的影响,并提出减轻颈部损伤的方法措施。研究结果表明,建立的头颈有限元模型的验证结果与志愿者试验结果吻合较好,具有较高的生物逼真度;建立的后碰撞混合模型可以较逼真的模拟后碰撞时脊柱与座椅的相互作用,并可以对颈部各椎骨、椎间盘及韧带的生物力学响应进行分析;随着碰撞加速度的增加,头部最大位移、头部质心加速度、NIC等参数值均随之变大。相同碰撞条件下,激活态模型的各损伤值均小于被动态模型,特别是在低强度碰撞脉冲下,可见颈部肌肉主动力对乘员颈部起到一定的保护作用。通过分析座椅几何参数对乘员颈部损伤的影响可得,适当减小头枕与头部水平距离、增加头枕高度以及减小座椅靠背刚度,可降低乘员颈部损伤的发生几率。

关键词：汽车后碰撞肌肉主动力有限元模型颈部损伤动力学响应

基于汽车正面碰撞情况下的行人下肢肌肉主动力对损伤的影响研究

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基于汽车正面碰撞情况下的行人下肢肌肉主动力对损伤的影响研究

作者：夏红湖南大学

学位级别：硕士

近年来,车辆数目的增加使得道路安全交通事故的发生次数也随之增高,在众多的道路安全交通事故中,行人伤亡数量占比巨大且居高不下,行人安全已经成为道路交通安全中亟待解决的社会问题。当汽车和行人发生碰撞时,人体下肢由于刚度小而极... 详细信息

近年来,车辆数目的增加使得道路安全交通事故的发生次数也随之增高,在众多的道路安全交通事故中,行人伤亡数量占比巨大且居高不下,行人安全已经成为道路交通安全中亟待解决的社会问题。当汽车和行人发生碰撞时,人体下肢由于刚度小而极易遭到损坏,此外,下肢损伤也是致残的主要原因。故探究行人下肢安全对降低道路交通事故中行人下肢损伤有着极为重要的现实意义。本论文主要研究在车与行人的碰撞过程中行人下肢的肌肉主动力对下肢损伤的动力学响应以及生物力学响应的影响。为实现研究目的,论文采用湖南大学下肢模型并通过软件Hypermesh对模型进行改进,改进的主要内容有:添加肌肉主动特性、根据最新的死尸实验结果数据替换原模型的材料参数,并将改进后的模型按照传统生物力学实验进行全面的验证。最终将改进后下肢模型与HybridⅢ50百分位假人有限元模型（站立姿态）进行耦合形成具有肌肉主动力的混合假人模型,并对耦合后的假人模型进行验证。对验证结果进行分析并得出:耦合后的混合假人模型建模方法正确且生物逼真度高,可用于进一步完成行人下肢损伤的相关研究。在研究过程中,取凯美瑞整车模型为试验车,并和已建立的混合假人模型进行装配完成仿真环境的搭建,按照实验目的设置实验方案,研究车与行人在碰撞过程中不同的碰撞强度以及不同的肌肉激活状态对下肢损伤的动力学响应以及生物力学响应的影响。研究表明:汽车和行人发生碰撞时,下肢的动力学响应以及生物力学响应受碰撞强度以及肌肉激活状态的影响。动力学响应方面:下肢的股骨轴向力以及胫骨指数随着碰撞强度的增加而不断增加;此外,肌肉在激活状态下输出的股骨轴向力以及胫骨指数高于肌肉未激活状态下输出的相应值。生物力学响应方面:当肌肉处于相同的状态时,下肢各主要骨骼的应力极值随着碰撞强度的增加而增加;当碰撞强度相同时,发现肌肉处于激活状态下的下肢所输出的各骨骼应力最大值低于肌肉未激活状态下的应力最大值,说明肌肉主动力在一定程度上使下肢各骨骼承受的应力值降低,减轻了下肢损伤。可知,肌肉主动力对下肢损伤的动力学响应以及生物力学响应均产生影响。

关键词：下肢有限元模型肌肉主动力下肢损伤动力学响应生物力学响应

行人碰撞事故中颈部肌肉主动力对行人头颈响应的影响研究

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行人碰撞事故中颈部肌肉主动力对行人头颈响应的影响研究

作者：黄巍湖南大学

学位级别：硕士

行人在道路环境中往往处于弱势,行人碰撞事故占交通事故的很大一部分。现有的人体碰撞模型大都无法模拟真实情况下肌肉的主动响应,无法对碰撞事故过程中人体头颈部损伤进行全面的研究。本文着重关注颈部肌肉主动收缩效应在行人碰撞事故... 详细信息

行人在道路环境中往往处于弱势,行人碰撞事故占交通事故的很大一部分。现有的人体碰撞模型大都无法模拟真实情况下肌肉的主动响应,无法对碰撞事故过程中人体头颈部损伤进行全面的研究。本文着重关注颈部肌肉主动收缩效应在行人碰撞事故中对行人头颈响应的影响。本文基于湖南大学头颈基础有限元模型和颅脑有限元模型,建立了具有详细颈部肌肉、颈部脊髓以及颅脑结构的混合头颈有限元模型,在对该模型进行前后冲击和侧向冲击的有效性验证后,将该模型与LSTC行人模型进行耦合,得到了混合行人模型,并从整体上验证了混合行人模型的有效性。验证通过后的混合行人模型用于研究在不同碰撞强度以及不同的行人步态下,行人颈部肌肉的主动收缩效应对行人头颈部响应的影响。本文考虑了四种撞击速度(20km/h、30km/h、40km/h和50km/h)和两种行人步态(SLB:撞击侧腿部在后和SLF:撞击侧腿部在前),最终设计了8组16次行人碰撞仿真实验。研究发现颈部肌肉主动力可以减小在头部受到撞击前的颈部弯曲幅度和头部质心转动加速度峰值(稳定头颈部的运动),但是会增加头部与风挡玻璃撞击时的平移加速度峰值和转动加速度峰值,并增加头部HIC值。在损伤方面,颈部肌肉主动力会增加头部损伤风险,但是对颈部各组织的损伤并没有明显的影响。颈部肌肉主动力对行人头颈响应的影响在SLB步态、低速碰撞下最为明显,在SLF步态或中高速撞击下则不明显。此外,行人在SLB步态下的头部损伤风险会高于SLF步态,但是颈部损伤风险会较低。这两种步态之间的损伤差异会随着碰撞速度的增加而逐渐减小。本文还分析了行人颅骨、脑组织以及椎骨、椎间盘和脊髓等结构的应力情况。分析发现,颅骨和颈椎的损伤与挤压作用和剪切作用都有明显的关系。颅脑软组织主要是受到挤压作用而产生损伤。椎间盘纤维环受剪切力作用明显,而髓核主要受挤压作用。无论是剪切力还是挤压力,脊髓灰质受力都要比白质更明显,说明脊髓灰质要比白质更容易受伤。

关键词：行人碰撞事故肌肉主动力头颈响应有限元

前碰中颈部肌肉主动力对头颈部动力学响应影响的研究

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前碰中颈部肌肉主动力对头颈部动力学响应影响的研究

作者：胡伟湖南大学

学位级别：硕士

相关统计表明,现代交通事故中颈部受伤的比例很大且有上升的趋势。虽然颈部损伤不是致命伤,但是由于对其损伤机理的认识还不够清楚,颈部损伤往往很难诊断和根治。数值仿真模型不仅能模拟志愿者试验以真实还原乘员碰撞情景,不受试验风险... 详细信息

相关统计表明,现代交通事故中颈部受伤的比例很大且有上升的趋势。虽然颈部损伤不是致命伤,但是由于对其损伤机理的认识还不够清楚,颈部损伤往往很难诊断和根治。数值仿真模型不仅能模拟志愿者试验以真实还原乘员碰撞情景,不受试验风险和伦理学上的严格限制,而且相对于机械假人具有更高的生物逼真度和可重复性。因此,具有良好生物逼真度的假人模型能够帮助研究人员更加深入了解事故中头颈部的损伤机理。本文目的在于建立具有真实几何特征及颈部肌肉主动响应的前碰撞假人,并通过该假人分析在前碰撞中肌肉主动力及假人有无意识也就是主动力有无加载延迟对头颈部响应的影响。本文首先介绍了前碰中颈部损伤的研究历史和现状,总结了事故中颈部的损伤机理及前人相关的建模资料。学习人体颈部解刨学结构和颈部生物力学;针对某一整车有限元模型基于相同的实验设置将其碰撞仿真结果与实验数据进行对比,以验证模型的有效性。参考相关设计参数,利用有限元软件建立了包含座椅、地板、三点式安全带在内的乘员约束系统模型;基于具有真实肌肉几何特征和动力学响应的头颈部有限元模型和Hybrid III假人建立适用于前碰撞仿真分析的混合假人模型;通过美国海军生物力学实验室志愿者台车试验结果数据对假人有效性进行验证。验证结果表明该混合假人适用于前碰撞的仿真研究。通过该混合假人模型研究在低、中、高速前碰撞中,颈部肌肉主动力及假人有无意识也就是主动力有无提前加载对头颈部响应的影响。结果表明在低、中、高速前碰撞中,颈部肌肉主动力都能有效的降低头部动力学参数和颈部生物组织的应力应变;碰撞前乘员具有危险意识也就是颈部肌肉主动力提前加载同样会降低头部动力学参数和颈部生物组织的应力应变,能够有效降低头颈部的损伤风险。在本文研究中由于缺乏前碰撞中颈部肌肉激活程度的相关实验数据,混合假人颈部肌肉激活程度曲线是基于假人响应对激活程度的逆推。下一步研究是运用肌电测试仪对前碰撞中颈部肌肉激活程度进行研究以完善模型。

关键词：前碰撞肌肉主动力生物力学颈部损伤动力学响应

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基于肌肉主动力响应的肘关节稳定性研究

基于肌肉主动力响应的肘关节稳定性研究

作者：袁林涛天津科技大学

学位级别：硕士

肘关节骨折和脱位常伴有关节囊和内外侧副韧带等软组织损伤,进而引起肘关节失稳。临床中多采用修复软组织的方法来恢复肘关节的稳定性,但术后仍有关节僵硬、骨性关节炎和关节功能退化等并发症。目前,研究韧带对肘关节稳定性的影响多基... 详细信息

肘关节骨折和脱位常伴有关节囊和内外侧副韧带等软组织损伤,进而引起肘关节失稳。临床中多采用修复软组织的方法来恢复肘关节的稳定性,但术后仍有关节僵硬、骨性关节炎和关节功能退化等并发症。目前,研究韧带对肘关节稳定性的影响多基于尸体试验,无法包含肌肉主动力的作用。为进一步明确韧带等软组织对肘关节运动稳定性的影响,本文开展包含肌肉主动力的完整肘关节屈曲运动仿真,研究正常和软组织损伤时肘关节内部应力的变化规律,为临床手术方案的确定和康复治疗方法提供理论基础。本课题基于健康受试者肘关节CT影像数据,通过逆向方法构建了具有高仿真度的肘关节三维有限元模型,模型包含肱骨、尺骨和桡骨等骨骼组织,关节囊、内侧副韧带复合体、外侧副韧带复合体、肘肌和肱三头肌内侧头等软组织结构。肘关节各韧带及关节囊组织采用超弹性材料进行模拟,利用非线性粘弹性材料和Hill主动桁架单元耦合的方法建立肌肉主被动模型。对正常和软组织损伤的肘关节进行屈曲动力学仿真研究。损伤分为四种情况:（1）内侧副韧带复合体（MCL）损伤,即前束、后束和斜束受损;（2）外侧副韧带复合体（LCLC）损伤,即桡侧副韧带复合体和环状韧带受损;（3）关节囊前囊（AC）损伤;（4）关节囊完全损伤。通过仿真发现,肘关节从中立位0°屈曲运动到90°位时,正常情况下,附着于桡骨头上的环状韧带起着主导作用,其次是内侧副韧带后束;MCL损伤时,环状韧带作用明显;LCLC损伤时,后束起主导作用,其次是前束,斜束作用较小;AC损伤时,环状韧带作用明显,其次是后束,前束、斜束和桡侧副韧带复合体作用相对较小;关节囊完全损伤时,环状韧带起着主导作用。对于维持肘关节屈曲运动稳定性,环状韧带和内侧副韧带后束起着重要的作用,其次是前束,斜束作用较小。本研究通过肘关节屈曲运动仿真,从组织层次研究肘关节软组织损伤对其稳定性的影响,为肘关节损伤的临床手术方案优化,术后康复治疗和康复辅具的研发提供了理论依据。

关键词：肘关节肌肉主动力屈曲内侧副韧带外侧副韧带复合体关节囊

下括约肌肌肉主动力对下尿路力学响应影响的研究

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下括约肌肌肉主动力对下尿路力学响应影响的研究

作者：顾帅鹏天津科技大学

学位级别：硕士

下尿路疾病和战创伤性尿道损伤在生活中越来越常见,成为危害人类健康的一大重要因素。目前下尿路梗阻类疾病的检查手段大多是基于尿流率、压力等侵入性尿动力学的检查,会对患者产生心理和生理上的不良影响,而且这些方法会受到患者在检... 详细信息

下尿路疾病和战创伤性尿道损伤在生活中越来越常见,成为危害人类健康的一大重要因素。目前下尿路梗阻类疾病的检查手段大多是基于尿流率、压力等侵入性尿动力学的检查,会对患者产生心理和生理上的不良影响,而且这些方法会受到患者在检测期间出现的咳嗽、打喷嚏等剧烈行为和心理状态的影响,所以有必要进行下尿路的生物力学研究,完善下尿路模型,为现代医学提供理论指导。当前下尿路模型存在各种问题,例如材料模型的简化、物理模型不够准确,最重要的是控尿机制的不完善,没有考虑控尿过程的力学响应。本文目的在于建立高仿真度且下括约肌具有肌肉主动力响应的男性下尿路有限元模型,在膀胱压力的作用下实现尿液与下尿路的流固耦合仿真分析,分析下尿路模型在下括约肌主动力作用下的生物力学性能。本文首先研究了骨骼肌的力学性能,建立了骨骼肌的有限元模型并确定了骨骼肌的有限元模拟方法、材料模型及其参数,验证了模型的准确性。然后基于男性下尿路火棉胶连续包埋切片图像建立了完整的男性下尿路的几何模型,该几何模型包括膀胱、前列腺、下括约肌、尿道和尿液;将骨骼肌有限元模拟方法应用至下括约肌上,并对除下括约肌外其他下尿路器官和组织分别赋予相应的材料参数,建立下括约肌具有肌肉主动力的完整下尿路有限元模型。对膀胱施加一定压力,压力曲线为控尿期动态压力曲线,完成下尿路有限元模型的流固耦合仿真计算。对仿真计算结果中的排尿期尿道压力曲线、尿流率等参数进行有效性验证和分析,讨论模型存在的不足和改进方法。通过对研究结果的分析与验证,可以发现以梁单元和实体单元共节点耦合方式建立有限元模型来分别表示骨骼肌的主动力和被动力是一种可行且有效的模拟方法。通过利用克里格插值方法合理控制有限元模型的材料参数,建立的下尿路有限元模型具有一定的有效性。对尿流率的分析表明控尿过程中下括约肌处尿液的流速最高,在第2.5s时可达1.262m/s,膀胱颈和尿道出口的流速也相对较高,在第2.5s时可达0.9784m/s。对尿道位移的分析表明下括约肌处尿道下端位移最大,靠近第2.5s时位移为0.764mm。对尿道切应力的分析表明除了膜部括约肌一处的壁面切应力较高,切应力数值可达1.8Pa;其它位置的尿道整体的切应力分布较为均匀,平均为0.7Pa左右。本文所开发的模型可以为下尿路疾病检测和术后预测提供一定依据,但是模型仍存在一些不足,仍需进一步研究探讨。

关键词：肌肉主动力下尿路有限元模型流固耦合下括约肌

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基于肌肉主动力的颈部有限元建模研究

基于肌肉主动力的颈部有限元建模研究

作者：粟思橙湖南大学

学位级别：硕士

头颈损伤是交通事故中的常见损伤。随着车辆安全性能的改善，乘员头颈严重损伤的风险呈下降趋势，轻微事故中的颈部损伤却逐渐流行并造成了严重的社会问题，所以有必要研究事故中的头颈损伤。损伤生物力学的研究方法包括实验与数值研究... 详细信息

头颈损伤是交通事故中的常见损伤。随着车辆安全性能的改善，乘员头颈严重损伤的风险呈下降趋势，轻微事故中的颈部损伤却逐渐流行并造成了严重的社会问题，所以有必要研究事故中的头颈损伤。损伤生物力学的研究方法包括实验与数值研究。实验研究能为人们提供最真实的动力学响应与损伤过程，然而人体实验受到伦理的限制，所能提取的信息有限。数值研究能有效地弥补该缺陷。具有良好生物逼真度的头颈数值模型，能深化对头颈动力学响应的认识。建立具有详细几何结构与精确材料定义的头颈模型对头颈损伤研究具有重要的意义。本文目的在于建立具有真实几何轮廓以及肌肉主动响应的人体颈部肌肉有限元模型，并匹配至已有的头颈基础模型，在前碰撞条件下验证其有效性。本文首先研究了骨骼肌的力学性能，通过有限元重建骨骼肌拉伸实验确定了骨骼肌的有限元模拟方法、材料模型以及模型参数;讨论了骨骼肌有限元模型的准确性与稳定性问题。然后基于50百分位成年男性志愿者颈部的核磁共振影像重建了人体颈部肌肉的几何模型;利用克里格插值方法将该模型映射至已有的头颈基础模型空间中;建立颈部肌肉有限元模型，并与头颈基础模型匹配;在15G前碰撞条件下验证完整头颈模型的有限性。最后从颈部肌肉主、被动响应的对比分析、肌肉力学性能参数研究以及T1转动对头颈模型有效性验证的影响三个方面研究完整头颈模型的性能，讨论模型存在缺陷以及改进方法。研究表明，以实体单元与梁单元共节点的方式耦合骨骼肌主被动响应的方法是一种简单有效的模拟方式，通过合理控制，建立的骨骼肌有限元模型在一定范围内具有较高的准确性与稳定性，能够满足头颈数值研究的需求;建立的完整头颈模型在15G前碰撞条件下的动力学响应与志愿者响应一致程度较高，具有良好的生物逼真度，可应用于头颈损伤研究，然而模型仍存在若干问题，需要进一步改善;颈部肌肉主动响应对降低头部质心加速度曲线峰值，减小头颈最大转动角度具有重要的作用，能够有效地降低头颈在碰撞环境中的损伤风险。本文初步探索了骨骼肌力学性能的有限元模拟，建立具有良好生物逼真度的头颈有限元模型，为头颈损伤的数值研究奠定了基础。

关键词：肌肉主动力颈部有限元模型肌肉模型颈部损伤头部损伤

小偏置碰撞颈部肌肉主动力对驾驶员头颈部损伤研究

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小偏置碰撞颈部肌肉主动力对驾驶员头颈部损伤研究

作者：夏维湖南大学

学位级别：硕士

随着国内汽车保有量急速上升,随之道路交通事故数量也在急速上升。在交通事故中,非致命的损伤占很大的比例,其中乘员身体受伤的种类繁多,而颈部损伤是其中最难以根治、损伤机理最复杂的一种,给伤者带来长期的负担。20世纪50年代有人开... 详细信息

随着国内汽车保有量急速上升,随之道路交通事故数量也在急速上升。在交通事故中,非致命的损伤占很大的比例,其中乘员身体受伤的种类繁多,而颈部损伤是其中最难以根治、损伤机理最复杂的一种,给伤者带来长期的负担。20世纪50年代有人开始研究事故中乘员头颈部的动态响应,但都是通过尸体或者志愿者进行实验,容易触碰道德伦理的底线。而现如今,逐步有通过有限元数值仿真模拟现实中人头颈部的动力学响应的研究,不仅不违背伦理道德,而且实验的自由度高,可以获得许多志愿者和尸体实验所不能的获得的数据。本文主要研究目的是建立一个具有较好生物逼真度的基部肌肉模型,并将其与50百分位的HybridⅢ假人模型组合成混合假人模型,对混合假人模型进行验证,并在不同强度的25%偏置碰撞条件下对头颈部的动力学响应进行分析,研究对比在加载肌肉主动力和未加载肌肉主动力的情况下,不同碰撞强度时头颈部模型内各结构（颈椎、椎间盘等）的动力学和生物力学响应。本文先统计分析了近几年的交通事故数据,分析了解到对头颈部损伤研究的重要性,分析文献中对头颈部损伤机理的研究,并讨论了对头颈部损伤的研究意义;学习整理颈部解剖学资料,基于一个50百分位的假人模型,建立了一个颈部肌肉模型并将其与基础模型组合连接,并对肌肉模型材料特性进行定义,体现该混合假人颈部肌肉的主动力响应特性,并对其进行验证,结果表明该混合假人能用于之后的实验仿真。选取某公开的整车模型,并对其进行验证,结果表明整车模型具有良好的可靠性,然后建立了一个带有约束系统的驾驶舱代理碰撞模型,对比在各强度下肌肉主动力激活与否时,头颈部的动力学和生物力学响应。研究结果表明,在低强度（40km/h）碰撞下,肌肉主动力有减小颈椎最大应力值的作用。在中强度（50km/h）碰撞下,主动力不仅能减小颈椎和椎间盘的最大应力值,同样能使集中在颈椎脆弱部位的应力平衡到前端强度较高的位置,此现象在中强度碰撞下较为明显。在高强度碰（64km/h）撞下,对于减小最大应力值不明显,但改变最大应力集中位置也有明显的效果。

关键词： 25%偏置碰撞有限元颈部损伤肌肉主动力颈部损伤机理

基于颈部肌肉主动力的乘员侧面碰撞头颈部损伤机理研究

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基于颈部肌肉主动力的乘员侧面碰撞头颈部损伤机理研究

作者：李红庚湖南大学

学位级别：硕士

不同于汽车前舱和尾部,汽车侧面的吸能空间较小,所以侧面碰撞造成的乘员损伤往往是重伤或致命伤。人体头颈部是车辆碰撞事故中常见的损伤部位,也是致命伤高发的区域。由于颈部解剖学结构的复杂性和人体的生理特点,通过志愿者试验、尸体... 详细信息

不同于汽车前舱和尾部,汽车侧面的吸能空间较小,所以侧面碰撞造成的乘员损伤往往是重伤或致命伤。人体头颈部是车辆碰撞事故中常见的损伤部位,也是致命伤高发的区域。由于颈部解剖学结构的复杂性和人体的生理特点,通过志愿者试验、尸体试验和机械假人试验研究人员不能探明颈部肌肉主动力对头颈损伤的影响。本文目的在于建立具有较高生物逼真度的可模拟肌肉主动力的乘员头颈部有限元模型,并在侧面碰撞条件下验证其有效性;研究侧面碰撞中不同碰撞强度下颈部肌肉主动力对头颈部动力学响应、颈部生物力学响应的影响。基于一个50百分位成年男性的颈部核磁共振影像(MRI)建立了颈部肌肉儿何模型,并将其与基础模型(HBM-Head-Neck FEModel II)匹配建立了连续肌肉特性的头颈有限元模型。使用具有非线性弹性和粘弹性特性的材料模拟肌肉的被动特性,使用Hill肌肉模型来模拟肌肉的主动力特性。在侧面碰撞条件下验证了头颈有限元模型的有效性。将其与侧面碰撞用机械假人模型ES II装配,替代ES II头颈部,得到侧面碰撞混合假人模型。建立了侧面碰撞约束系统模型,用以验证侧面碰撞混合假人模型的有效性。将上述模型置于整车侧围模型中,研究了不同碰撞强度下乘员头颈部的生物力学响应。研究结果表明,在低强度碰撞条件下,颈部肌肉主动力有限制头部运动,减轻椎间盘压力的作用,对于减小乘员头颈部损伤具有较为显著的积极作用。在中、高强度侧面碰撞条件下颈部肌肉主动力对乘员头颈部动力学响应没有明显的影响;中、高强度的侧面碰撞因为乘员头颈部接触到肩部,达到了极限位移,产生较大的冲击载荷,肌肉主动力作用甚微,头颈部损伤风险远大于低强度的碰撞。

关键词：侧面碰撞头颈部损伤肌肉主动力头颈动力学响应损伤生物力学