三歲兒童乘員腹部有限元模型的構(gòu)建及損傷分析.pdf

1、交通事故是造成人體傷害的主要原因之一。由于兒童生長發(fā)育的特征，使得其成為交通事故中的弱勢群體。3歲是一個(gè)重要的身體成長的分水嶺，其腹部在整個(gè)身體中所占比例相比成人要大，但腹部骨結(jié)構(gòu)對腹部內(nèi)臟的保護(hù)卻相對較弱，因此其更容易受到傷害，然而，腹部作為第三處易受損傷部位，其損傷是非常可怕的。由于倫理道德的原因，直接用生理試驗(yàn)來研究腹部內(nèi)臟損傷很少，隨著有限元的快速發(fā)展，用有限元技術(shù)來研究人體內(nèi)臟損傷成為一種新方法。
　　本文基于一名3歲女

2、性兒童腹部志愿者CT圖像，參照兒童解剖學(xué)結(jié)構(gòu)特征，應(yīng)用Mimics醫(yī)學(xué)軟件，提取3歲兒童腹部組織幾何模型，通過Geomagic Studio逆向工程軟件對其幾何模型進(jìn)行處理與曲面片的劃分，在TrueGrid和HyperMesh軟件中完成有限元網(wǎng)格的劃分及處理，構(gòu)建了符合人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)特征的3歲兒童腹部乘員有限元模型。在Pam-Crash軟件中對兒童相應(yīng)組織賦予材料屬性參數(shù)后，參照Ouyang等腹部尸體試驗(yàn)對該有限元模型進(jìn)行有效性的驗(yàn)證。

3、有限元模型碰撞中，兒童腹部最大撞擊力為436.98N，介于尸體試驗(yàn)所統(tǒng)計(jì)的530.30±102.62N之間，其撞擊力-腹部壓縮變形曲線與Ouyang尸體試驗(yàn)撞擊力-腹部壓縮變形曲線通道走勢基本吻合，且在通道之內(nèi)。
　　將該模型中撞錘沿其速度方向的垂直線左、右旋轉(zhuǎn)30°角度，對比分析3種條件設(shè)置下兒童腹部撞擊力-腹部壓縮變形情況以及通過各內(nèi)臟最大應(yīng)變來比較分析其內(nèi)臟損傷程度。結(jié)果表明:3種角度下，兒童腹部壓縮變形量相同，正面碰撞條件

4、下兒童所受撞擊力最小;由于兒童腹部內(nèi)臟組織的不對稱原因，3種條件下兒童腹部內(nèi)臟損傷程度有顯著差異。
　　應(yīng)用所建的3歲兒童腹部有限元模型，參照Koizumi T.的試驗(yàn)設(shè)置，模擬仿真?zhèn)让媾鲎蚕聝和共繐p傷情況。結(jié)果顯示，3歲兒童乘員腹部有限元模型碰撞響應(yīng)與通過成人縮放得到的3歲兒童有限元模型、3歲假人模型相比有顯著差異。真實(shí)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的有限元模型生物仿真度更高一些。同時(shí)，對此模型，進(jìn)行不同速度下腹部損傷分析，結(jié)果表明:撞擊位置對兒