三歲兒童乘員下肢有限元模型構(gòu)建及損傷分析.pdf

1、近年來(lái)我國(guó)陸續(xù)實(shí)施了《機(jī)動(dòng)車兒童乘員使用約束系統(tǒng)》(GB27887-2011)、《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》(GB7258-2012)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但在中國(guó)大陸至今仍缺少?gòu)?qiáng)制使用兒童安全座椅的相關(guān)法律。關(guān)于兒童損傷防護(hù)的研究可為將來(lái)相關(guān)法律的頒布提供數(shù)據(jù)支持，目前關(guān)于兒童乘員的頭部和胸部損傷防護(hù)研究較多，但是關(guān)于下肢保護(hù)的研究相對(duì)較少。為完善兒童下肢損傷防護(hù)數(shù)據(jù)，本文應(yīng)用有限元分析方法構(gòu)建高生物仿真度的三歲兒童乘員下肢有限元模型并進(jìn)行仿真模

2、擬實(shí)驗(yàn)研究。
　　本研究從兒童CT圖像中提取下肢骨骼、肌肉和皮膚的幾何模型，并參照FMVSS213、ECE R44和C-NCAP等法規(guī)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)有兒童座椅標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范確定三歲兒童的坐姿角度，將兒童站姿幾何模型依據(jù)確定的角度進(jìn)行調(diào)整，隨后進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。構(gòu)建長(zhǎng)骨有限元模型時(shí)參照CT圖像與生長(zhǎng)板解剖學(xué)知識(shí)單獨(dú)提取出生長(zhǎng)板。構(gòu)建完成的三歲兒童乘員下肢有限元模型包含24條肌肉、3根長(zhǎng)骨、髕骨、足骨、肌腱、韌帶、脂肪和皮膚等組織，包含84

3、187個(gè)單元和83697個(gè)節(jié)點(diǎn)，該模型具有較高的生物仿真度。
　　應(yīng)用構(gòu)建完成的有限元模型研究了生長(zhǎng)板對(duì)下肢損傷結(jié)果的影響。針對(duì)生長(zhǎng)板設(shè)置了彎曲試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)，在每種試驗(yàn)中含生長(zhǎng)板和不含生長(zhǎng)板的下肢有限元模型在同種碰撞條件下進(jìn)行模擬試驗(yàn)，研究結(jié)果表明生長(zhǎng)板的存在會(huì)極大地改變下肢損傷結(jié)果，例如長(zhǎng)骨骨折位置及韌帶損傷呈現(xiàn)顯著性差異。同時(shí)探討了髖內(nèi)翻患者的股骨力學(xué)特性，通過(guò)構(gòu)建四種不同HE角(Hilgenreiner epiphysea