行人膝關(guān)節(jié)碰撞損傷響應(yīng)分析.pdf

1、隨著中國汽車保有量急劇增加，道路交通事故迅猛上升，因交通事故引起的傷亡人數(shù)也逐步增加。特別是在以混合交通為主的中國，行人交通事故尤其嚴(yán)重，這其中行人的下肢損傷是導(dǎo)致行人致傷致殘的主要原因，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和帶來很多社會問題。構(gòu)建具有詳細(xì)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的三維行人下肢損傷生物力學(xué)計算模型（有限元模型）是研究和理解下肢損傷中的生物力學(xué)問題，特別是行人膝關(guān)節(jié)損傷機(jī)理和損傷準(zhǔn)則的重要手段，可為汽車安全性設(shè)計提供生物力學(xué)數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)，對減少和防護(hù)

2、下肢損傷具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。
　　 本文從實(shí)際下肢解剖學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)構(gòu)建了具有高生物仿真度的下肢有限元模型。首先，借助醫(yī)學(xué)影像軟件MIMICS提取了50百分位的中國成年男性CT圖片的下肢組織，并重構(gòu)具有三角形曲面的幾何模型，包括第四五腰椎、骶骨和尾骨、髖骨、股骨、髕骨、脛骨和腓骨，以及整個下肢的皮膚等組織;其次，利用逆向工程軟件GeomagicStudio對初始組織幾何模型進(jìn)行修補(bǔ)和平順處理，生成具有NURBS曲線(N

3、on-UniformRational B-Splines)的CAD模型，為后續(xù)網(wǎng)格劃分做準(zhǔn)備;再次，應(yīng)用網(wǎng)格劃分軟件TrueGrid和Hypermesh對下肢幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格優(yōu)化，構(gòu)建整個下肢網(wǎng)格模型，該模型包括硬組織和軟組織，硬組織包括四五腰椎、骶骨和尾骨、髖骨、股骨、髕骨、脛骨、腓骨、半月板、恥骨聯(lián)合和各關(guān)節(jié)軟骨等，軟組織主要包括被動肌肉、各關(guān)節(jié)主韌帶、下肢皮膚和各關(guān)節(jié)囊等。最后，根據(jù)尸體試驗(yàn)，設(shè)置仿真試驗(yàn)的邊界條件，構(gòu)建

4、了完整的下肢有限元模型。應(yīng)用有限元分析軟件Pam-Crash對裸脛骨和小腿有限元模型進(jìn)行三點(diǎn)彎曲仿真碰撞實(shí)驗(yàn)以及下肢有限元模型在20km/h速度下的剪切和彎曲仿真碰撞試驗(yàn)，用于驗(yàn)證所構(gòu)建的下肢有限元模型的有效性。仿真結(jié)果表明，其生物力學(xué)參數(shù)響應(yīng)如膝關(guān)節(jié)撞擊力、膝關(guān)節(jié)剪切位移和膝關(guān)節(jié)彎曲轉(zhuǎn)角等符合實(shí)際的尸體實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還表明了膝關(guān)節(jié)主韌帶的損傷形式也與尸體試驗(yàn)結(jié)果類似。這表明所構(gòu)建的下肢有限元模型是有效的，并具有較高的生物仿真度，可以用作研