三歲兒童頭部的有限元模型建立及仿真分析.pdf

1、與成人相比，兒童頭部的組織結構存在明顯差異，在事故中頭部損傷的風險也更大。最新的研究表明，在相同的損傷條件下，兒童頭部可能導致比成人頭部更嚴重的損傷后果。然而，目前針對兒童頭部的損傷準則都是基于成人尸體實驗數據，兒童假人也是在此基礎上開發(fā)的，使得兒童假人的精確性不高，不利于對兒童開展深入的損傷生物力學研究。在頭部損傷的研究中，頭部有限元模型是非常有用的工具，精確的頭部有限元模型的仿真分析能夠得到較準確的頭部響應，從而更好的預測頭部損傷，

2、減少頭部的傷害。但是，精確的頭部有限元模型比較缺乏，尤其是兒童的頭部有限元模型。因此，建立精確的兒童頭部有限元模型并開展兒童頭部損傷生物力學研究具有重要的工程意義和實用價值。
　　 本文以成人頭部有限元模型、部分兒童頭部實驗數據及動物頭部的生物力學實驗為基礎，根據三歲兒童頭部腦組織的特有生物結構，運用ANSYS ICEM CFD以及HYPERMESH軟件對兒童頭部CAD模型進行合理的網格劃分，得到具有高度解剖學細節(jié)的有限元模型。

3、模型由大腦、胼胝體、小腦、腦干、腦鐮、腦幕、腦脊液(集合了軟腦膜以及蛛網膜)、硬腦膜、顱骨、骨縫以及頭皮組成。其中基于多特征塊的ANSYS ICEM CFD軟件可以快速建立高質量的腦部六面體網格模型，并能夠較方便的調整網格密度，以滿足不同計算條件下網格密度的要求。本文建立了三個網格密度不同的腦組織模型。
　　 針對建立的三個網格密度不同的腦組織模型，運用LS-DYNA軟件進行仿真計算，輸出腦部有限元模型不同位置的壓力響應，對比分

4、析不同網格密度對腦部響應及對計算耗時的影響?；贜ahum顱內壓力實驗及Hardy顱腦相對運動實驗，將成人腦組織模型及兒童頭部模型進行仿真計算，分別得出成人腦組織與兒童腦組織的顱內壓力及相對位移量，并進行對比分析。同時，運用MADYMO軟件對三歲兒童頭部有限元模型進行典型跌落事故的重建，并在LS-DYNA中進行仿真分析，通過仿真結果與事故兒童的傷情對比，驗證了所建立的三歲兒童頭部顱骨有限元模型具有足夠的生物逼真度，可以用于后續(xù)深入的損傷