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(jié)構(gòu)存在明顯差異，在事故中頭部損傷的風(fēng)險(xiǎn)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(dǎo)致比成人頭部更嚴(yán)重的損傷后果。然而，目前針對(duì)兒童頭部的損傷準(zhǔn)則都是基于成人尸體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，兒童假人也是在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，使得兒童假人的精確性不高，不利于對(duì)兒童開(kāi)展深入的損傷生物力學(xué)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(zhǔn)確的頭部響應(yīng)，從而更好的預(yù)測(cè)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(kāi)展兒童頭部損傷生物力學(xué)研究具有重要的工程意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本文以成人頭部有限元模型、部分兒童頭部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及動(dòng)物頭部的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，根據(jù)三歲兒童頭部腦組織的特有生物結(jié)構(gòu)，運(yùn)用ANSYS ICEM CFD以及HYPERMESH軟件對(duì)兒童頭部CAD模型進(jìn)行合理的網(wǎng)格劃分，得到具有高度解剖學(xué)細(xì)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(wǎng)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(zhì)量的腦部六面體網(wǎng)格模型，并能夠較方便的調(diào)整網(wǎng)格密度，以滿(mǎn)足不同計(jì)算條件下網(wǎng)格密度的要求。本文建立了三個(gè)網(wǎng)格密度不同的腦組織模型。
　　 針對(duì)建立的三個(gè)網(wǎng)格密度不同的腦組織模型，運(yùn)用LS-DYNA軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，輸出腦部有限元模型不同位置的壓力響應(yīng)，對(duì)比分

4、析不同網(wǎng)格密度對(duì)腦部響應(yīng)及對(duì)計(jì)算耗時(shí)的影響?；贜ahum顱內(nèi)壓力實(shí)驗(yàn)及Hardy顱腦相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，將成人腦組織模型及兒童頭部模型進(jìn)行仿真計(jì)算，分別得出成人腦組織與兒童腦組織的顱內(nèi)壓力及相對(duì)位移量，并進(jìn)行對(duì)比分析。同時(shí)，運(yùn)用MADYMO軟件對(duì)三歲兒童頭部有限元模型進(jìn)行典型跌落事故的重建，并在LS-DYNA中進(jìn)行仿真分析，通過(guò)仿真結(jié)果與事故兒童的傷情對(duì)比，驗(yàn)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