基于有限元模型的男女乘员骨盆侧碰响应比较分析

论文摘要

美国交通事故统计局数据显示,在有乘员损伤的交通事故中,侧面碰撞占了15%～20%；但乘员严重损伤甚至致命的事故中,侧面碰撞占了25%-30%。侧面碰撞中,乘员骨盆损伤非常常见,研究骨盆在侧面碰撞中的响应及损伤机理,有助于更好的改善汽车保护装置,提高乘员安全性。作为天津市应用基础及前沿技术研究项目：基于损伤机理和生物力学特征的髋关节建模及应用研究（10JCYBJC25900）内容之一,本研究拟构建50百分位中国男女骨盆的三维有限元模型,验证该模型的有效性,进行侧面碰撞仿真分析,研究骨盆在侧面碰撞中的损伤机理,并对比分析男女骨盆侧面碰撞响应的不同。本研究主要工作内容如下：1、基于CT扫描图片,通过阈值分割提取骨盆的相关结构,利用逆向工程软件和网格划分软件,构建50百分位中国男性、女性的骨盆三维有限元模型,通过和尸体实验进行对比,验证了模型的有效性；2、用该模型进行侧面碰撞仿真分析,结果显示侧面碰撞中髋臼、骶髂关节、耻骨支、耻骨联合处容易应力集中,易受到损伤；3、进行男女骨盆侧面碰撞对比,结果显示男性骨盆能够承受的最大撞击力为4.62KN,女性为3.55KN,男性骨盆位移比女性骨盆位移小；女性骨盆在侧面碰撞中发生骨折的临界撞击力为3.0KN；4、通过男女骨盆侧面碰撞响应的比较发现,由于骨盆存在很大的个体差异,利用有限元模型对骨盆损伤进行研究,应考虑到生理结构以及不同人群骨质密度的影响,以更真实的反应侧面碰撞中骨盆的损伤。对侧面碰撞中骨盆损伤的研究,有助于了解骨盆的损伤机理,为汽车被动安全装置的设计提供数据和参考,提高乘员的安全性,同时,为交通安全法规的制定及完善提供科学依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 生物实验
• 1.1.2 有限元仿真分析法
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 研究内容
• 1.4 创新点
• 2 骨盆解剖学结构和损伤分类
• 2.1 骨盆的解剖学特点及生物力学特性
• 2.2 骨盆损伤及其分类
• 2.2.1 骨盆损伤
• 2.2.2 骨盆骨折的分类
• 2.3 男女骨盆对比
• 3 基于有限元法的碰撞仿真分析理论基础
• 3.1 有限元建模理论
• 3.1.1 运动学与动力学关系
• 3.1.2 约束条件
• 3.1.3 有限元方程
• 3.1.4 数值计算
• 3.1.5 接触碰撞处理
• 3.2 LS-DYNA简介
• 3.3 网格划分软件Truegrid和Hypermesh比较
• 4 骨盆三维有限元模型的构建
• 4.1 骨盆解剖结构的提取
• 4.2 骨盆各组织几何模型的构建
• 4.3 骨盆各组织网格的划分
• 4.3.1 髋骨模型网格的划分
• 4.3.2 骶骨模型网格的划分
• 4.3.3 骨盆三维有限元模型的形成
• 4.4 骨盆有限元计算模型的构建
• 5 骨盆模型有效性验证及侧面碰撞仿真分析
• 5.1 女性骨盆模型有效性验证
• 5.2 男性骨盆模型有效性验证
• 5.3 男女骨盆侧面碰撞比较分析
• 5.3.1 侧面碰撞实验及仿真设置
• 5.3.2 侧面碰撞仿真分析结果
• 5.3.3 密质骨厚度对骨盆刚性的影响
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 7 参考文献
• 8 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 9 致谢