6岁儿童行人下肢有限元建模及碰撞响应分析
随着汽车工业的迅速发展,交通事故造成的损伤已经成为威胁全人类生命安全的重要因素之一.行人由于缺乏有效的保护措施,已成为碰撞事故中受伤和死亡的主体.相对成人来说,儿童的安全保护意识相对薄弱,且关于儿童交通损伤的研究也相对较少,因此构建具有高仿真度的儿童有限元模型,具体研究分析碰撞事故中儿童的损伤机理是十分必要的.本文基于6岁儿童下肢CT图像,采用阈值分割方法提取股骨、胫骨、腓骨、髌骨、足骨、肌肉和皮肤等组织的几何模型,应用逆向工程软件进行光滑平顺以及划分曲面片,最后借助网格划分软件构建6岁儿童行人下肢有限元模型.并且通过三点弯曲仿真试验验证了长骨和肌肉有限元模型的有效性,通过低速、高速载荷下的剪切及弯曲仿真试验验证了膝关节有限元模型的有效性.应用本模型进行了儿童下肢损伤相关参数的分析研究.首先,参考了儿童骨骼的相关参数,分析了材料参数对儿童下肢长骨骨折的影响.儿童骨骼的弹性模量较小,骨骼韧性较大,一定程度上降低了儿童骨折的损伤风险.其次,研究了等效肌肉和真实肌肉模型对下肢损伤评估的影响.由于真实肌肉模型具有较高的生物仿真度,能更精确的研究下肢损伤机理.最后,模拟了不同碰撞高度、不同碰撞角度条件下儿童下肢的动力学响应.研究表明,碰撞大腿和膝关节部位对整个下肢的损伤风险影响较大,±45°的斜向碰撞对下肢造成的损伤更为复杂、严重.本研究构建了具有详细解剖学结构的6岁儿童行人下肢有限元模型,并利用模型进行了6岁儿童下肢损伤机理的研究,为研究儿童下肢损伤机理提供了科学的基础数据,为进一步研究车辆一行人事故中儿童下肢的损伤防护措施提供可靠的依据.
- 作者：
- 李蓓
- 学位授予单位：
- 天津科技大学
- 专业名称：
- 车辆工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2014年
- 导师姓名：
- 李海岩
- 中图分类号：
- U467.14
- 关键词：
- 6岁儿童；下肢；长骨；损伤极限；有限元分析
- 6-year-old child； lower limb； long bone； failure tolerance； finite element analysis