关键词：有限元模型;;头部损伤;;本构模型;;材料参数
摘 要：汽车工业在不断发展,各国都越来越受重视汽车的安全性。在我国,高速公路里程每年都在递增,汽车保有量也逐年增加,交通安全事故呈现迅速增长的趋势,头颈部损伤在交通事故伤害中也呈上升的趋势。头部损伤是所有交通事故损伤中最严重的损伤类型,具有很高的致命性。随着计算机技术的进步,使平时无法实施的实验得以在计算机程序里模拟进行。为了对交通碰撞过程中行人的颅脑损伤情况,众多学者开发了不同的工具来研究损伤生物力学,其中最为常用的是头颈部有限元模型。但是,有限元模型网格整体质量控制、组织材料参数标准化和损伤阈值预测是亟待解决的科学问题。为了建立本研究所需的头部有限元模型,采用医学成像技术(CT和MRI)获得头部三维点云数据,使用Mimcs软件对获得的点云数据进行批量处理,建立人体头颈部的三维模型;然后对这一模型进行合适网格划分及优化,从研究生物材料非线性特性入手,探讨应用于模拟脑组织的本构模型和材料参数,通过了解不同本构的优缺点的比较,决定采用Mooney-Rivlin方程对脑组织的超弹性行为进行描述,根据文献资料获得精确的材料特性参数,构建更符合人体组织的超弹性有限元模型。在构建好模型之后,在ABAQUS软件中利用相关国际公认的尸体实验进行验证,主要利用Nahum颅内压尸体实验以及Trosseille颅内动力学响应实验来验证模型的有效性。通过修改脑组织材料参数,对超弹性模型和线性粘弹性模型进行综合对比研究,最后表明超弹性模型具有更好的生物逼真度。本研究对于头颈部损伤生物力学响应研究和安全防护装置研制具有重要意义。
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