基于塑性復(fù)合材料“變形與撞擊”的兔肝臟損傷評(píng)估方法研究.pdf

1、肝臟是道路交通傷中最容易受損的腹腔臟器,也是腹部損傷引起死亡的最常見(jiàn)原因。對(duì)肝臟損傷的評(píng)估是車輛安全設(shè)計(jì)和降低傷亡率的必要基礎(chǔ)。目前,車輛的安全評(píng)估采用的碰撞假人,是在早年尸體“加速性損傷”碰撞實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上研發(fā)的一種高度簡(jiǎn)化的物理模型。而在實(shí)際交通事故中,駕乘人員肝臟損傷多為“減速性損傷”。肝臟“加速性損傷”與最大壓縮量和最大變形速度的乘積密切相關(guān),“減速性損傷”主要是慣性損傷,兩者致傷機(jī)制有明顯差別。因此現(xiàn)有碰撞假人難以評(píng)估肝臟損

2、傷,急需尋求新的肝臟損傷評(píng)估方法。
　　因肝臟位于腹腔內(nèi),難以獲知其損傷時(shí)從腹壁外側(cè)傳遞到肝臟的損傷參數(shù)。在交通事故重建中,可根據(jù)車輛變形分析車輛碰撞受力方向,并可計(jì)算車輛碰撞能量;在固體材料力學(xué)領(lǐng)域,可以通過(guò)材料的變形研究材料的受力和變形能量。為此,本課題擬通過(guò)塑性復(fù)合材料的研制;利用塑性復(fù)合材料受力變形特點(diǎn),感知兔肝臟減速性損傷過(guò)程中的受力情況和致傷機(jī)制;并通過(guò)變形量的大小分析兔肝臟損傷能量,建立基于塑性復(fù)合材料“變形與撞擊”

3、的兔肝臟損傷評(píng)估方法。
　　主要研究方法和結(jié)論:
　　一、研制出一種新型塑性復(fù)合材料
　　以Instron8871測(cè)定材料力學(xué)性能,以極限變形量、變形抗力和裂紋形態(tài)作為材料塑性指標(biāo),篩選出由硬脂酸鉀78份,液體石蠟22份,酚醛環(huán)氧樹脂4份組成的塑性復(fù)合材料,只要在室溫條件下攪拌混合3小時(shí)即可,條件簡(jiǎn)單,方便,經(jīng)濟(jì),易于控制,可再生使用。該材料由微小均勻的鱗片狀堆積重疊而成,鱗片狀之間的滑移使得本材料具有良好的塑性性能。

4、該材料具有以往不同的強(qiáng)化特性(冪強(qiáng)化模型),本研究提出用“對(duì)數(shù)強(qiáng)化模型”描述更加準(zhǔn)確。
　　二、建立了準(zhǔn)確的塑性復(fù)合材料數(shù)字模型
　　利用閃光銀涂覆解決了FAROLaserScannerPhoton120的紅外激光對(duì)復(fù)合材料的穿透問(wèn)題和提高了反射率,建立一種利用三維激光掃描獲得高精度塑性復(fù)合材料的數(shù)字模型的有效方法,為準(zhǔn)確測(cè)定塑性復(fù)合材料的受力方向和撞擊變形量奠定了基礎(chǔ)。
　　三、建立塑性復(fù)合材料變形量與撞擊能量的量效

5、關(guān)系
　　采用有限元仿真和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,建立了該塑性復(fù)合材料的體積變形量、質(zhì)量和撞擊沖量之間的關(guān)系式:-,相關(guān)系數(shù)291,以動(dòng)量沖量守恒定律為基礎(chǔ),進(jìn)而從體積變形量獲得準(zhǔn)確的撞擊能量。本實(shí)驗(yàn)建立了一種通過(guò)單一材料變形量計(jì)算撞擊能量的方法。
　　四、兔肝臟減速性損傷分析
　　在相同撞擊速度下,兔A組和球形塑性復(fù)合材料模型置換肝臟的兔B組以俯臥位撞擊復(fù)制出減速傷模型,其撞擊損傷特點(diǎn)為:在撞擊減速度波形為近似梯形波,

6、峰值約為22.65g(g為重力加速度),在撞擊速度為35.0km/h~41.3km/h速度區(qū)間,即下落撞擊高度在4.82m~6.70m之間時(shí),隨著撞擊速度的增加,對(duì)應(yīng)的損傷能量從0.283J增加到1.299J,兔肝臟從無(wú)損傷,發(fā)展為重度損傷;球形塑性復(fù)合材料模型在撞擊后的變形情況驗(yàn)證了兔肝臟減速性損傷的主要原因是慣性損傷;在撞擊速度不高于40.0km/h時(shí),只有不到22％的外部撞擊能量傳遞到肝臟,從而量化了胸腔和腹壁對(duì)肝臟的保護(hù)作用。<

7、br>　　綜上所述,本課題首先研制了一種新型塑性復(fù)合材料,該材料不僅可以感知任意受力方向、致傷物形狀、致傷方式、而且可以計(jì)算撞擊能量,另外還提出了一種新的材料塑性強(qiáng)化機(jī)制,豐富了塑性力學(xué)的理論研究;其次,驗(yàn)證了兔肝臟減速性損傷的主要原因是慣性損傷。再次,率先建立基于塑性復(fù)合材料“變形與撞擊”的兔肝臟損傷評(píng)估方法,不僅適用于慣性損傷評(píng)估,而且可以用于擠壓傷、穿刺傷的評(píng)估。本方法的運(yùn)用,使得胸腹部臟器損傷致傷機(jī)制從腹壁外側(cè)延伸至腹部?jī)?nèi)側(cè);開(kāi)