基于塑性復合材料“變形與撞擊”的兔肝臟損傷評估方法研究.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原因。對肝臟損傷的評估是車輛安全設計和降低傷亡率的必要基礎。目前,車輛的安全評估采用的碰撞假人,是在早年尸體“加速性損傷”碰撞實驗研究的基礎上研發(fā)的一種高度簡化的物理模型。而在實際交通事故中,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,“減速性損傷”主要是慣性損傷,兩者致傷機制有明顯差別。因此現(xiàn)有碰撞假人難以評估肝臟損

2、傷,急需尋求新的肝臟損傷評估方法。
　　因肝臟位于腹腔內,難以獲知其損傷時從腹壁外側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,并可計算車輛碰撞能量;在固體材料力學領域,可以通過材料的變形研究材料的受力和變形能量。為此,本課題擬通過塑性復合材料的研制;利用塑性復合材料受力變形特點,感知兔肝臟減速性損傷過程中的受力情況和致傷機制;并通過變形量的大小分析兔肝臟損傷能量,建立基于塑性復合材料“變形與撞擊”

3、的兔肝臟損傷評估方法。
　　主要研究方法和結論:
　　一、研制出一種新型塑性復合材料
　　以Instron8871測定材料力學性能,以極限變形量、變形抗力和裂紋形態(tài)作為材料塑性指標,篩選出由硬脂酸鉀78份,液體石蠟22份,酚醛環(huán)氧樹脂4份組成的塑性復合材料,只要在室溫條件下攪拌混合3小時即可,條件簡單,方便,經濟,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化特性(冪強化模型),本研究提出用“對數(shù)強化模型”描述更加準確。
　　二、建立了準確的塑性復合材料數(shù)字模型
　　利用閃光銀涂覆解決了FAROLaserScannerPhoton120的紅外激光對復合材料的穿透問題和提高了反射率,建立一種利用三維激光掃描獲得高精度塑性復合材料的數(shù)字模型的有效方法,為準確測定塑性復合材料的受力方向和撞擊變形量奠定了基礎。
　　三、建立塑性復合材料變形量與撞擊能量的量效

5、關系
　　采用有限元仿真和實驗研究相結合的方法,建立了該塑性復合材料的體積變形量、質量和撞擊沖量之間的關系式:-,相關系數(shù)291,以動量沖量守恒定律為基礎,進而從體積變形量獲得準確的撞擊能量。本實驗建立了一種通過單一材料變形量計算撞擊能量的方法。
　　四、兔肝臟減速性損傷分析
　　在相同撞擊速度下,兔A組和球形塑性復合材料模型置換肝臟的兔B組以俯臥位撞擊復制出減速傷模型,其撞擊損傷特點為: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,隨著撞擊速度的增加,對應的損傷能量從0.283J增加到1.299J,兔肝臟從無損傷,發(fā)展為重度損傷;球形塑性復合材料模型在撞擊后的變形情況驗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,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肝臟的保護作用。<

7、br>　　綜上所述,本課題首先研制了一種新型塑性復合材料,該材料不僅可以感知任意受力方向、致傷物形狀、致傷方式、而且可以計算撞擊能量,另外還提出了一種新的材料塑性強化機制,豐富了塑性力學的理論研究;其次,驗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合材料“變形與撞擊”的兔肝臟損傷評估方法,不僅適用于慣性損傷評估,而且可以用于擠壓傷、穿刺傷的評估。本方法的運用,使得胸腹部臟器損傷致傷機制從腹壁外側延伸至腹部內側;開