三歲兒童乘員胸部有限元模型的構(gòu)建及損傷分析.pdf

1、在機(jī)動(dòng)車事故中，人們?cè)絹?lái)越注重對(duì)兒童乘員的安全保護(hù)。由于兒童的身體特征有異于成年人，而且肋骨較軟及腔內(nèi)組織器官仍未完全發(fā)育等原因，使得胸部在汽車碰撞事故中屬于損傷多發(fā)部位，這些損傷嚴(yán)重時(shí)甚至足以致命。因此要求我們采取具有針對(duì)性的保護(hù)措施，使兒童乘員的胸部得到更有力的保護(hù)。
　　本研究基于一名三歲兒童志CT影像，利用MIMICS軟件獲得各組織的點(diǎn)云模型，借用GEOMAGIC軟件進(jìn)行表面處理及曲面片劃分，選用HYPERMESH軟件裝配

2、及調(diào)整得到胸部幾何模型，其后配合使用TRUEGRID軟件構(gòu)造有限元網(wǎng)格，并在PAMCRASH軟件中賦予材料屬性，最終構(gòu)建具有詳細(xì)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)特征的的三歲兒童乘員胸部有限元模型。
　　參照真實(shí)撞錘實(shí)驗(yàn)，構(gòu)造撞錘有限元模型，在PAMCRASH軟件中重構(gòu)撞錘實(shí)驗(yàn)，計(jì)算輸出撞擊力隨時(shí)間變化的曲線及胸部變形隨時(shí)間變化的曲線，并處理得到撞擊力與胸部變形的關(guān)系曲線，真實(shí)實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果作對(duì)比，驗(yàn)證了該模型的有效性。
　　根據(jù)目前普遍使用的三歲

3、兒童安全座椅的形狀，利用HYPERMESH軟件構(gòu)造了簡(jiǎn)化的兒童安全座椅有限元模型，配合已構(gòu)建的三歲兒童乘員胸部有限元模型模擬汽車正面碰撞事故，通過(guò)改變汽車兒童安全座椅的安裝方向、肩帶寬度、安全帶延伸率及靠背傾角等結(jié)構(gòu)、材料參數(shù)，設(shè)計(jì)了15項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)得到的不同結(jié)構(gòu)條件下兒童乘員胸部各組織所受應(yīng)力情況進(jìn)行對(duì)比分析，得出:
　　(1)對(duì)于三歲兒童乘員，必須配備兒童安全座椅。
　　(2)相比后向安裝，前向安裝更有利于三歲兒童乘員胸內(nèi)

4、軟組織的保護(hù)。
　　(3)可根據(jù)使用者的體質(zhì)配用相應(yīng)寬度的肩帶，亦可根據(jù)正常人各器官所能承受的應(yīng)力極限對(duì)肩帶寬度進(jìn)行調(diào)整，將各軟組織的損傷降至最輕。
　　(4)當(dāng)安全帶延伸率在[8％，14％]區(qū)間內(nèi)，使用延伸率較大的安全帶更能保護(hù)三歲兒童乘員胸部的安全。但同時(shí)對(duì)于部分心臟或肺臟強(qiáng)度較弱的乘員，建議不要配用延伸率過(guò)大的安全帶。
　　(5)當(dāng)靠背傾角在[0°，10°]的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)較大靠背傾角更能對(duì)三歲兒童乘員胸部起到保護(hù)