6歲兒童腹部有限元建模及碰撞響應分析.pdf

1、根據(jù)國家公安部交通管路局提供的數(shù)據(jù)顯示，我國每年有1.85萬個兒童死于交通安全事故，而去年德國在車內(nèi)死亡的兒童僅76人。我國兒童在交通事故中的死亡率是美國的2.6倍，歐洲的2.5倍，已成為14歲以下兒童的第一死因，故有必要研究兒童胸腹部在碰撞中的損傷機理。在交通事故中，兒童乘員在約束系統(tǒng)的約束下，4歲以上兒童乘員腹部是繼頭部之后最易受傷的部位，這主要是因為4歲以上兒童在乘車時，使用成人使用的車輛安全帶的比例較大，可是兒童的髂骨上前骨棘不

2、發(fā)達，不能使腰帶準確定位，在受到碰撞沖擊時，腰帶易從髖部滑向腹部而壓迫腹部，導致腹部的內(nèi)臟器官由于受壓而受傷。囚受到倫理學等社會因素的影響，兒童尸體實驗數(shù)據(jù)極少，國際上主要采用有限元碰撞仿真實驗研究碰撞過程中兒童的碰撞響應。而具有實際解剖學結構的高生物仿真度的有限元模型是碰撞仿真實驗的基礎。鑒于此，本研究構建高生物仿真度的兒童有限元模型，用于研究6歲兒童腹部損傷機理極有重要意義。
　　本研究以6歲兒童腹部真實解剖學CT掃描圖片為基

3、礎，應用Mimics軟件提取腹部幾何特征參數(shù)，并且運用逆向工程軟件Geomagic對初步幾何模型進行處理、劃分曲面片，生成兒童腹部的幾何模型。借助TrueGrid和HyperMesh軟件對幾何模型進行網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格優(yōu)化，構建完整的腹部模型。該模型包括骨骼，肌肉，韌帶等。骨骼包括腰椎（L1-L5），椎間盤。肌肉包括腹橫肌、腹內(nèi)斜肌、腹外斜肌、腹橫肌、豎脊肌、腰大肌、腰方肌，膈肌。器官包括肝臟，腎臟，胃，脾。模型中的韌帶、膈肌、腹直肌、胃采

4、等用殼單元來模擬，其余組織均采用8節(jié)點6面體實體單元模擬。整個腹部模型共有165609個單元，196185個節(jié)點。模型采用彈性材料，彈塑性材料和粘彈性材料來模擬不同組織的性能。模型中的各個組織之間的連接是通過共同節(jié)點法和定義接觸實現(xiàn)的。
　　應用有限元分析軟件LS-DYNA對模型做碰撞仿真實驗。實驗包括腰椎L4-L5段關節(jié)面載荷傳遞實驗和腹部側碰實驗。仿真結果與尸體實驗結果趨勢較為一致，證明該研究所構建的6歲兒童腹部模型的有效性和