6歲兒童腹部有限元建模及碰撞響應(yīng)分析.pdf

1、根據(jù)國(guó)家公安部交通管路局提供的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年有1.85萬(wàn)個(gè)兒童死于交通安全事故，而去年德國(guó)在車(chē)內(nèi)死亡的兒童僅76人。我國(guó)兒童在交通事故中的死亡率是美國(guó)的2.6倍，歐洲的2.5倍，已成為14歲以下兒童的第一死因，故有必要研究?jī)和馗共吭谂鲎仓械膿p傷機(jī)理。在交通事故中，兒童乘員在約束系統(tǒng)的約束下，4歲以上兒童乘員腹部是繼頭部之后最易受傷的部位，這主要是因?yàn)?歲以上兒童在乘車(chē)時(shí)，使用成人使用的車(chē)輛安全帶的比例較大，可是兒童的髂骨上前骨棘不

2、發(fā)達(dá)，不能使腰帶準(zhǔn)確定位，在受到碰撞沖擊時(shí)，腰帶易從髖部滑向腹部而壓迫腹部，導(dǎo)致腹部的內(nèi)臟器官由于受壓而受傷。囚受到倫理學(xué)等社會(huì)因素的影響，兒童尸體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極少，國(guó)際上主要采用有限元碰撞仿真實(shí)驗(yàn)研究碰撞過(guò)程中兒童的碰撞響應(yīng)。而具有實(shí)際解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的高生物仿真度的有限元模型是碰撞仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。鑒于此，本研究構(gòu)建高生物仿真度的兒童有限元模型，用于研究6歲兒童腹部損傷機(jī)理極有重要意義。
　　本研究以6歲兒童腹部真實(shí)解剖學(xué)CT掃描圖片為基

3、礎(chǔ)，應(yīng)用Mimics軟件提取腹部幾何特征參數(shù)，并且運(yùn)用逆向工程軟件Geomagic對(duì)初步幾何模型進(jìn)行處理、劃分曲面片，生成兒童腹部的幾何模型。借助TrueGrid和HyperMesh軟件對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格優(yōu)化，構(gòu)建完整的腹部模型。該模型包括骨骼，肌肉，韌帶等。骨骼包括腰椎（L1-L5），椎間盤(pán)。肌肉包括腹橫肌、腹內(nèi)斜肌、腹外斜肌、腹橫肌、豎脊肌、腰大肌、腰方肌，膈肌。器官包括肝臟，腎臟，胃，脾。模型中的韌帶、膈肌、腹直肌、胃采

4、等用殼單元來(lái)模擬，其余組織均采用8節(jié)點(diǎn)6面體實(shí)體單元模擬。整個(gè)腹部模型共有165609個(gè)單元，196185個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型采用彈性材料，彈塑性材料和粘彈性材料來(lái)模擬不同組織的性能。模型中的各個(gè)組織之間的連接是通過(guò)共同節(jié)點(diǎn)法和定義接觸實(shí)現(xiàn)的。
　　應(yīng)用有限元分析軟件LS-DYNA對(duì)模型做碰撞仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)包括腰椎L4-L5段關(guān)節(jié)面載荷傳遞實(shí)驗(yàn)和腹部側(cè)碰實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果與尸體實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)較為一致，證明該研究所構(gòu)建的6歲兒童腹部模型的有效性和