高速?zèng)_擊下人體頭頸部損傷分析.pdf

1、人體頭頸部在受到高速?zèng)_擊時(shí)，大腦、頸椎和椎間盤等組織都是容易發(fā)生損傷的部位。通常高速?zèng)_擊下會(huì)產(chǎn)生腦震蕩、頸椎的斷裂、錯(cuò)位、椎間盤突出等傷害，嚴(yán)重的還會(huì)造成人的死亡，而且其發(fā)生率也比較高。人體頭頸部損傷的發(fā)生，必然會(huì)給傷員及其家庭帶來很大的痛苦，也會(huì)造成巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究高速?zèng)_擊下人體頭頸部的損傷機(jī)理，明確人體在受到?jīng)_擊時(shí)損傷發(fā)生的部位和數(shù)量級(jí)，對(duì)于損傷的預(yù)防、后期治療以及研究相應(yīng)的保護(hù)裝置意義重大。因?yàn)楦咚贈(zèng)_擊會(huì)對(duì)人體造成很

2、大的傷害，不能直接用人進(jìn)行高速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)，以獲得人體的沖擊生物力學(xué)響應(yīng)情況。建立人體有限元生物力學(xué)模型，進(jìn)行高速?zèng)_擊載荷下的有限元?jiǎng)恿W(xué)響應(yīng)分析，從而在一定程度上代替人體實(shí)驗(yàn)，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　在進(jìn)行人體的有限元分析時(shí)，接觸問題是經(jīng)常碰到的。對(duì)接觸問題的理解將直接影響有限元建模過程中單元類型、參數(shù)的選取以及計(jì)算的可靠性。本論文在分析人體頭頸部組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮人體組織的接觸問題，建立了一個(gè)人體頭頸部的有限元生物

3、力學(xué)模型，模型中包含的人體組織有顱骨、大腦組織、頸椎、T1胸椎、椎間盤、頭頸部主要韌帶和肌肉群等。使用六面體單元和索單元等描述人體頭頸部各組織，并在頸椎和椎間盤之間設(shè)置接觸條件。而人體各組織的材料本構(gòu)關(guān)系，則參考了國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)。
　　為了驗(yàn)證該有限元模型的有效性，利用Nahum等人在1977年的頭部撞擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了頭頸部有限元模型的分析和驗(yàn)證。有限元分析模擬的結(jié)果顯示，本文建立的人體頭頸部有限元模型在高速?zèng)_擊下，其沖擊動(dòng)力學(xué)響