颅-脑在头部受直接撞击时相对位移的模拟研究

摘要

颅脑相对运动所产生的相对位移是造成头部损伤的原因之一.以往的研究均是采用真实实验的方法,这样做不仅成本提高,而且也会引起一些社会伦理问题.本研究利用二维的颅脑弹簧-质量系统模型和2个二维颅脑有限元模型,模拟了颅脑在受到撞击时所产生的相对位移.在这些模型中,脑、颅骨通过脑脊液耦合成为一个整体.其中,在弹簧-质量系统模型中,脑脊液以弹簧和阻尼组成的黏弹性系统模拟;而在有限元模型中,脑脊液以线弹塑性模拟.3个模型都有效地求得了与实验相吻合的颅脑最大相对位移.对有限元模型与弹簧-质量系统模型的模拟结果也进行了比较分析.最终得出:在受到外界冲击时,颅脑之间产生的相对位移不超过5mm.