人体颈部有限元模型的建立和验证——汽车前碰撞中乘员颈部生物力学响应的分析和研究

摘要

颈部损伤是车辆交通事故中最为常见的一种形式,由于其高发生率和带来的长期后遗症,给社会造成了巨大的经济损失.改进汽车的安全性和减少由于交通事故带来的损失是车辆工程领域的一个重要研究课题.该论文的目的是通过建立一个颈部的有限元模型来分析研究汽车前碰撞中汽车乘员颈部的生物力学响应和损伤参数,从而为中国汽车工业界开展颈部防护装置的研究提供重要手段.为此目的,在该课题工作中建立并验证了一个头颈部有限元模型. 该文中初步研究了软组织特性参数对于颈部运动的影响.结果表明,椎间盘参数对于颈部的整体刚度和动力学响应有较大的影响,颈部肌肉对于颈部运动起了稳定的作用. 该模型具有较高的生物逼真度,可对头颈部的动力学响应诸如头部的加速度、速度、位移等进行计算,也可对颈部局部的应力应变响应进行计算.该模型的建立将对国内的颈部损伤研究和损伤防护技术的开发起到一定的作用.

目录

文摘

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第一章概述

1.1课题来源及本文的研究重点

1.2损伤生物力学的基本理论及其在汽车安全中的应用

1.3损伤生物力学的计算机仿真研究方法

第二章颈部的解剖结构及其生物力学

2.1颈部解剖结构

2.1.1椎骨的解剖结构

2.1.2椎间盘的解剖结构

2.1.3韧带的解剖结构

2.1.4肌肉的解剖结构

2.2颈部生物力学

2.3颈椎的运动范围

2.4前碰撞颈椎运动力学

第三章颈部损伤及其研究

3.1颈部损伤现象

3.2颈部损伤的研究方法

3.3颈部损伤机理

3.4颈部损伤的研究历史及现状

3.4.1.生物实验研究

3.4.2 模型研究

第四章颈部有限元模型的建立

4.1动态有限元显式解法的基本理论

4.2颈部有限元模型的建立

4.2.1椎骨建模

4.2.2颈部软组织有限元建模

第五章颈部有限元模型的验证

5.1边界和载荷条件

5.2颈部模型验证

5.3影响颈部运动的参数

5.4结果与讨论

第六章总结和展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间在核心期刊及国际会议上发表的论文：