基于网格自动变形技术的肥胖儿童有限元模型建立和碰撞损伤研究

摘要

随着汽车安全技术的发展，儿童乘车安全性问题逐渐受到重视，儿童乘员的损伤防护技术取得了很大的进展。由于物质生活水平和现代医疗技术的提高，近年来全球肥胖率逐渐增长。然而和一般体型儿童相比，肥胖儿童在汽车碰撞事故中更易遭受伤害。而且现有的碰撞测试假人和人体有限元模型等损伤评价工具都没有考虑儿童的肥胖体型特征。因此，肥胖儿童乘员的损伤研究已经成为汽车安全领域需要解决的重要课题。
　　本研究以10岁儿童有限元模型为研究对象，对肥胖儿童乘员的碰撞损伤进行了研究。首先研究了肥胖对儿童损伤风险的影响，对比了现有的儿童乘员损伤评价工具，并分析了儿童头部、颈部、胸部和腹部的解剖结构和常用损伤评价准则。其次，由于采用有限元模型研究碰撞过程中的人体响应以评价其损伤时，传统建模过程复杂耗时，因此开发了面向人体有限元建模的两种网格自动变形技术，以一个头部模型实例对比分析两种方法的精度和效率。然后在人体数据生成器（GEBOD）中输入儿童的年龄、身高和体重得到简单的肥胖儿童人体尺寸参数，获得肥胖儿童体表模型，并通过网格变形技术将基准模型整体映射得到一个网格精度合格的肥胖儿童有限元模型。最后通过滑台试验和胸-腹部撞击试验验证了模型的有效性，并对变形后的肥胖儿童模型和基准模型分别进行了高速和低速工况下的碰撞仿真，对儿童各部位损伤和安全带-人体接触响应进行了分析。结果表明，网格自动变形方法能够快速、有效的生成肥胖儿童有限元模型；和基准儿童模型相比，肥胖儿童的头部、颈部伤害值有所增加，肋骨腔及内脏器官的应力应变值增大导致胸腹部更易受到伤害，肋骨骨折风险增大；在高速工况下，肥胖儿童模型安全带的肩带力和腰带力峰值时间较基准儿童均有较大延迟，安全带和肥胖儿童模型的配合度明显降低。

目录

1 绪 论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目的及研究内容

2儿童典型部位损伤生物力学

2.1 引言

2.2 头部损伤准则

2.3 颈部损伤准则

2.4 胸部损伤准则

2.5 腹部损伤准则

2.6 本章小结

3 网格自动变形技术

3.1 引言

3.2 面向人体有限元模型的Delaunay网格自动变形方法

3.3 面向人体有限元模型的RBF网格自动变形方法

3.4 网格变形方法对比

3.5 本章小结

4 基于RBF网格自动变形技术的肥胖儿童有限元建模

4.1 引言

4.2 儿童人体有限元模型CHARM-10

4.3 基于CHARM-10的肥胖儿童有限元建模

4.4 本章小结

5肥胖儿童有限元模型的确认和碰撞损伤研究

5.1肥胖儿童有限元模型的确认

5.2肥胖儿童的碰撞损伤研究

5.3 本章小结

6 总结和展望

6.1 论文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目