路面激勵下人體脊椎的響應(yīng)特性分析.pdf

1、隨著人們生活水平的提高，收入不斷的增多，汽車已經(jīng)基本成為了家庭的必需品之一。但是隨著汽車的普及，汽車安全與舒適性問題也越來越受到人們的重視。而除了碰撞這種直觀的對人體造成的巨大傷害的硬性災(zāi)難外，振動是另一種隱性的對人體可以造成傷害的原因。人體心血管、消化、神經(jīng)、脊椎等組織都會受到振動的影響，從而產(chǎn)生各種不良的生理反應(yīng)。在與車輛行駛有關(guān)的疾病中，以長期承受振動的駕駛員最為明顯，其腰痛癥狀的占57％～82％，駕駛員患腰痛的幾率較平常人高2-

2、3倍。其中履帶汽車和重型工程車輛駕駛員的腰痛患病率甚至高達(dá)了80％以上。因此研究車輛行駛過程中人體脊椎生物力學(xué)特性勢在必行。為此，我們建立了T12-Pelvis節(jié)段的脊椎模型，并進(jìn)行了模型驗(yàn)證，靜態(tài)分析和動態(tài)分析的過程，得到了脊椎的一些生物力學(xué)特性和分析結(jié)果，解釋了一些病理現(xiàn)象，為設(shè)計(jì)人員在車輛的舒適性和安全性設(shè)計(jì)時提供了一些理論參考。
　　首先，通過CT斷層掃描，得到一個健康女性的CT掃描圖片。將這些CT掃描圖片導(dǎo)入到Mimic

3、s中進(jìn)行提取。提取出T12-Pelvis節(jié)段的脊椎模型。再將此模型導(dǎo)入到ANSYS中，加入椎間盤、骶髂關(guān)節(jié)軟骨和恥骨聯(lián)合來完整模型，并為模型加入韌帶組織，建立完整的T12-Pelvis節(jié)段模型，并進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。
　　然后，將T12-Pelvis整體模型拆分為節(jié)段模型，包括T12-L1、L1-L2、L2-L3、L3-L4、L4-L5、L5-S1、S1-Pelvis這幾個節(jié)段模型，然后進(jìn)行包括垂直壓縮、側(cè)彎、扭轉(zhuǎn)，前屈、后仰等形

4、式的靜力學(xué)模擬仿真。將得到的結(jié)果與已經(jīng)發(fā)表的優(yōu)秀論文的結(jié)果進(jìn)行對比分析，來說明模型建立的有效性和合理性，為靜力學(xué)和動力學(xué)分析做好模型的準(zhǔn)備工作。
　　其次，對T12-Pelvis整體進(jìn)行靜態(tài)分析，分析的內(nèi)容為駕駛員在駕駛車輛行駛的時候的不同坐姿，包括垂直坐姿，前俯坐姿、側(cè)彎坐姿和扭轉(zhuǎn)坐姿。從而獲得駕駛員在這些坐姿下的脊椎生物力學(xué)特性。分析這些生物力學(xué)特性，從而為人體脊椎舒適性和安全性提供理論參考。
　　最后，進(jìn)行T12-Pe

5、lvis整體的動力學(xué)分析。動力學(xué)分析的內(nèi)容包括了模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和車輛隨機(jī)振動的分析。在模態(tài)分析中，我們的主要目的是為了求得T12-pelvis整體模型的共振頻率和共振時的振型，從而做出相應(yīng)的防護(hù)措施。諧響應(yīng)分析的目的是為了探求在一個比較大的頻率區(qū)間內(nèi)，脊椎的生物力學(xué)特性隨頻率的變化結(jié)果，從而早出我們需要防范的頻率區(qū)間。車輛隨機(jī)振動的分析是以路面不平整度為激勵對脊椎的動態(tài)分析，從而得出在車輛行駛的過程中，脊椎對車輛振動產(chǎn)生的頻率的敏