行人膝關節(jié)碰撞損傷響應分析.pdf

1、隨著中國汽車保有量急劇增加，道路交通事故迅猛上升，因交通事故引起的傷亡人數(shù)也逐步增加。特別是在以混合交通為主的中國，行人交通事故尤其嚴重，這其中行人的下肢損傷是導致行人致傷致殘的主要原因，造成了巨大的經濟損失和帶來很多社會問題。構建具有詳細解剖學結構的三維行人下肢損傷生物力學計算模型（有限元模型）是研究和理解下肢損傷中的生物力學問題，特別是行人膝關節(jié)損傷機理和損傷準則的重要手段，可為汽車安全性設計提供生物力學數(shù)據(jù)和理論指導，對減少和防護

2、下肢損傷具有重要的理論意義和實際應用價值。
　　 本文從實際下肢解剖學結構出發(fā)構建了具有高生物仿真度的下肢有限元模型。首先，借助醫(yī)學影像軟件MIMICS提取了50百分位的中國成年男性CT圖片的下肢組織，并重構具有三角形曲面的幾何模型，包括第四五腰椎、骶骨和尾骨、髖骨、股骨、髕骨、脛骨和腓骨，以及整個下肢的皮膚等組織;其次，利用逆向工程軟件GeomagicStudio對初始組織幾何模型進行修補和平順處理，生成具有NURBS曲線(N

3、on-UniformRational B-Splines)的CAD模型，為后續(xù)網格劃分做準備;再次，應用網格劃分軟件TrueGrid和Hypermesh對下肢幾何模型進行網格劃分和網格優(yōu)化，構建整個下肢網格模型，該模型包括硬組織和軟組織，硬組織包括四五腰椎、骶骨和尾骨、髖骨、股骨、髕骨、脛骨、腓骨、半月板、恥骨聯(lián)合和各關節(jié)軟骨等，軟組織主要包括被動肌肉、各關節(jié)主韌帶、下肢皮膚和各關節(jié)囊等。最后，根據(jù)尸體試驗，設置仿真試驗的邊界條件，構建

4、了完整的下肢有限元模型。應用有限元分析軟件Pam-Crash對裸脛骨和小腿有限元模型進行三點彎曲仿真碰撞實驗以及下肢有限元模型在20km/h速度下的剪切和彎曲仿真碰撞試驗，用于驗證所構建的下肢有限元模型的有效性。仿真結果表明，其生物力學參數(shù)響應如膝關節(jié)撞擊力、膝關節(jié)剪切位移和膝關節(jié)彎曲轉角等符合實際的尸體實驗結果，還表明了膝關節(jié)主韌帶的損傷形式也與尸體試驗結果類似。這表明所構建的下肢有限元模型是有效的，并具有較高的生物仿真度，可以用作研