基于颈部肌肉主动力的乘员侧面碰撞头颈部损伤机理研究

摘要

不同于汽车前舱和尾部，汽车侧面的吸能空间较小，所以侧面碰撞造成的乘员损伤往往是重伤或致命伤。人体头颈部是车辆碰撞事故中常见的损伤部位，也是致命伤高发的区域。由于颈部解剖学结构的复杂性和人体的生理特点，通过志愿者试验、尸体试验和机械假人试验研究人员不能探明颈部肌肉主动力对头颈损伤的影响。
　　本文目的在于建立具有较高生物逼真度的可模拟肌肉主动力的乘员头颈部有限元模型，并在侧面碰撞条件下验证其有效性；研究侧面碰撞中不同碰撞强度下颈部肌肉主动力对头颈部动力学响应、颈部生物力学响应的影响。
　　基于一个50百分位成年男性的颈部核磁共振影像（MRI）建立了颈部肌肉几何模型，并将其与基础模型（HBM-Head-Neck FE Model II）匹配建立了连续肌肉特性的头颈有限元模型。使用具有非线性弹性和粘弹性特性的材料模拟肌肉的被动特性，使用Hill肌肉模型来模拟肌肉的主动力特性。在侧面碰撞条件下验证了头颈有限元模型的有效性。将其与侧面碰撞用机械假人模型ESII装配，替代ESII头颈部，得到侧面碰撞混合假人模型。建立了侧面碰撞约束系统模型，用以验证侧面碰撞混合假人模型的有效性。将上述模型置于整车侧围模型中，研究了不同碰撞强度下乘员头颈部的生物力学响应。
　　研究结果表明，在低强度碰撞条件下，颈部肌肉主动力有限制头部运动，减轻椎间盘压力的作用，对于减小乘员头颈部损伤具有较为显著的积极作用。在中、高强度侧面碰撞条件下颈部肌肉主动力对乘员头颈部动力学响应没有明显的影响；中、高强度的侧面碰撞因为乘员头颈部接触到肩部，达到了极限位移，产生较大的冲击载荷，肌肉主动力作用甚微,头颈部损伤风险远大于低强度的碰撞。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 汽车侧面碰撞研究

1.3 颈部损伤研究现状

1.4 课题来源

1.5 研究目的和主要工作

第2章 颈部解剖学结构及侧面碰撞生物力学

2.1 颈部解剖结构及运动学特征

2.2 人体颈部运动特征

2.3 头颈部损伤准则

2.4 本章小结

第3章 侧面碰撞头颈部有限元模型建立与验证

3.1 头颈基础模型

3.2 具有肌肉组织的头颈有限元模型

3.3 志愿者侧碰实验验证

3.4 验证结果分析

3.5 本章小结

第4章 侧面碰撞约束系统模型的建立与验证

4.1 ES-II假人有限元模型

4.2 混合假人模型

4.3 侧面碰撞约束系统模型的建立与验证

4.4 验证结果分析

4.5 本章小结

第5章 侧面碰撞中头颈部的动力学响应和损伤分析

5.1 整车侧面碰撞模拟

5.2 侧面碰撞乘员舱模型

5.3 实车侧碰撞头颈运动学分析

5.4 乘员颈部局部生物力学响应

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录）

致谢