基于無單元伽遼金法的人體骨骼生物力學(xué)仿真研究.pdf

1、生物力學(xué)是一門應(yīng)用力學(xué)與生物學(xué)交叉的學(xué)科。它的研究對(duì)象不僅涉及到醫(yī)學(xué)、體育運(yùn)動(dòng)方面，而且已經(jīng)深入到了交通、宇航、軍事等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的生物力學(xué)常用的研究方法主要有臨床研究、志愿者實(shí)驗(yàn)、人尸體實(shí)驗(yàn)、假人實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬等。其中數(shù)值模擬以其成本低、可操作性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)越來越被廣泛的采用。由于生物力學(xué)領(lǐng)域涉及的問題往往具有模型復(fù)雜、形變量大、載荷速度快、應(yīng)變率高等特點(diǎn)，常用的有限元方法在進(jìn)行數(shù)值仿真時(shí)，往往會(huì)面臨前處理建模困難、計(jì)算

2、時(shí)網(wǎng)格畸變等問題。無網(wǎng)格法以其前后處理簡單、只需要節(jié)點(diǎn)信息、無網(wǎng)格依賴性等特點(diǎn)，便于復(fù)雜模型的建立、離散和分析，特別適合用來處理外形復(fù)雜的生物力學(xué)模型。為了將無單元伽遼會(huì)法法應(yīng)用到人體骨骼沖擊問題研究中，本論文研究做了如下幾方面工作：
　　 首先，系統(tǒng)的介紹了人體生物力學(xué)的研究方向和方法。通過對(duì)現(xiàn)有人體骨骼建模方法的研究對(duì)比，得到了適合人體骨骼沖擊問題模型的建模方法。該建模方法具有應(yīng)用范圍廣、精度高、建模方便等優(yōu)點(diǎn)，并以此建模方

3、法建立了人體股骨和顱骨生物力學(xué)模型。
　　 其次，研究探討了無單元伽遼金法基本理論和其中的幾個(gè)關(guān)鍵問題，即：權(quán)函數(shù)的選取原則、影響域半徑的確定方法、積分方案的選擇以及邊界條件的處理。為本論文研究奠定了理論基礎(chǔ)。并用泰勒桿沖擊實(shí)驗(yàn)對(duì)EFG法的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，得到了適合本次研究的關(guān)鍵參數(shù)。
　　 最后，利用無單元伽遼金法對(duì)人體股骨和顱骨的生物力學(xué)沖擊問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析探討了沖擊過程中應(yīng)力峰值的大小、應(yīng)力集中常發(fā)部