汽车后碰撞中6岁儿童乘员颈部损伤有限元仿真分析

摘要

在汽车后碰撞中，颈部损伤发生最为频繁的是挥鞭样损伤，虽然挥鞭样损伤并不致命，但是却对患者造成长期病痛。在过去的研究中，对于了解成人颈椎生物力学做出了诸多努力，然而对于儿童颈椎损伤机理研究非常有限。尽管儿童乘车时有安全座椅的保护，但在车辆碰撞瞬间将会产生过大的加速度，由于儿童身高、比例及软组织尚未发育完全等原因，使得儿童在汽车碰撞中容易发生损伤。 本研究基于已验证的6岁儿童颈部有限元模型，将其中的韧带分别用膜单元与弹簧单元两种单元类型模拟，并分别参考尸体实验进行仿真试验，同时采用膜单元模型进行弯曲仿真试验，对比分析了膜单元与弹簧单元对颈部韧带生物力学响应的影响。结果显示膜单元仿真与尸体实验相比仿真效果良好，弹簧单元仿真结果与尸体实验相差较大，且膜单元弯曲试验仿真效果良好。由此表明弹簧单元在模拟受力方面存在一定的局限性，而膜单元具有较高的生物仿真度，更能体现韧带的生物力学响应。 利用现有的6岁儿童头颈部有限元模型，通过施加五组不同大小的线性加速度模拟后碰撞，并且基于挥鞭伤从多方面分析了后碰撞中线性加速度对儿童颈部损伤的响应。基于已验证的6岁儿童颈部有限元模型，通过分别施加五组不同大小的弯矩载荷进行儿童颈椎弯曲试验，伸展试验及侧向弯曲试验，并分析了儿童颈椎在弯曲过程中的损伤响应。 在已验证的6岁儿童头部有限元模型与6岁儿童颈部有限元模型的基础上，进行头颈部连接，完善了6岁儿童乘员整人有限元模型，并利用该模型进行了儿童乘员后碰撞仿真试验，分析了汽车后碰撞中6岁儿童乘员头颈部运动响应及颈部损伤响应，为今后儿童颈部损伤研究及防护提供了理论参考和依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1选题背景及研究意义

1．2．1儿童颈部主要结构

1．2．2颈部损伤机理

1．3儿童颈部损伤研究现状

1．4后碰撞中颈部运动生物力学响应

1．5本文研究内容

2膜单元与弹簧单元模拟韧带损伤的生物力学响应研究

2．1引言

2．2膜单元与弹簧单元韧带对比仿真试验

2．2．1仿真模型与材料参数

2．2．2 C4-C5椎段动态拉伸实验

2．2．3全颈椎拉伸实验

2．2．4全颈椎弯曲仿真试验

2．3仿真结果

2．3．1 C4-C5椎段动态拉伸实验

2．3．2全颈椎拉伸实验

2．3．3全颈椎弯曲仿真试验结果

2．4结论与讨论

2．5本章小结

3 后碰撞中线性加速度对儿童颈部损伤响应分析

3．1引言

3．2．1模型与材料

3．2．2低速后碰撞仿真试验

3．3结果与讨论

3．3．1椎骨间相对旋转角度

3．3．2颈部韧带应变

3．3．3椎间孔高度变化值

3．3．4椎间盘最大应力值

3．4本章小结

4儿童颈椎对弯矩载荷响应分析

4．1引言

4．2材料与方法

4．2．1模型与材料

4．2．2 6岁儿童颈椎弯曲试验

4．3仿真结果

4．3．1颈部韧带应变

4．3．2椎间孔高度变化

4．4结论与讨论

4．5本章小结

5后碰撞中6岁儿童乘员颈部损伤响应分析

5．1引言

5．2．1 6岁儿童乘员整人有限元模型

5．2．2 6岁儿童乘员后碰撞仿真试验设置

5．3结果与讨论

5．3．1后碰撞中颈部运动响应

5．3．2 NIC颈部损伤准则

5．3．3椎骨应力

5．3．4脊髓应力

5．3．5椎间盘应力

5．3．6关节囊韧带应变

5．3．7关节面剪切应力

5．4本章小结

6结论

6．1全文总结

6．2论文的创新点

6．3论文的不足之处

参考文献

8攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢