汽车行人碰撞中人体下肢骨折的有限元分析VIP免费

第41卷第1期吉林大学学报(工学版)V01．41No．12011年1月JournalofJilinUniversity(EngineeringandTechnologyEdition)Jan．2011汽车一行人碰撞中人体下肢骨折的有限元分析韩勇1，杨济匡1’2，李凡1，刘凯扬1(1．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙410082；2．查尔摩斯大学应用力学系，瑞典哥德堡41296)摘要：改进了人体下肢有限元模型，这个模型包括骨盆、股骨、髌骨、胫骨、腓骨、足骨，以及主要的肌腱、膝关节囊、半月板和韧带。整个模型采用实体单元，壳单元和线性弹簧阻尼单元模拟骨骼和软组织。比较实验与仿真中下肢的动力学响应参数与损伤分布，仿真模型的动力学响应参数与损伤分布与实验吻合较好。应用多体动力学系统(MBS)与已验证的下肢模型对真实的汽车与行人碰撞事故进行多刚体系统及损伤重建，结果表明：本文提出的人体下肢模型具有较好的生物逼真度和生物力学响应，可应用于人体下肢损伤机理及开发损伤防护设施的研究。关键词：车辆工程；有限元模型；下肢损伤；损伤机理；车辆一行人事故中图分类号：U461．91文献标志码：A文章编号：1671—5497(2011)01—0006—06Finiteelementanalysisoflowerextremityfracturesinvehicle-pedestriancollisionHANYon91，YANGji—kuan91～，LIFanl，LIUKai—yan91(1．StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufacturingyo，．VehicleBody。HunanUniversity。Changsha410082，China；2．DepartmentofAppliedMechanics，ChalmersUniversityofTechnology，Gothenburg41296，Sweden)Abstract：Afiniteelementmodelofthehumanlowerextremitywasimprovedbasedonthegeometryofhumanskeletonanatomy．Themodelconsistsofthepelvis，thefemur，thepatella，thetibia，thefibula，thefootbones，theprimarytendons，thekneejointcapsule，themeniscusandligaments．Inthemodelthebonesandsofttissuesweresimulatedbythesolidelement，theshellelement，andthelinearspring—damperelement．Thecomparisonofthemodelsimulateddynamicresponseparametersandinjurydistributionofthehumanlowerextremitywiththeshearing—bendingcadavertestsdescribedinliteratureprovedthevalidityofthemodel．Thevalidatedhumanlowerextremitymodelandanexistingpedestrianmulti-bodymodelwereusedtoreconstructthemulti-bodysystemanditsinjuriesinthereal—worldvehicle-pedestriancollisionaccident，andtheresultsshowthattheproposedmodelischaracterizedbybetterbiofidelityandbiomechanicalresponsethantheexistingone，beinghelpfulto收稿日期：2009-03-03．基金项目：教育部高等学校学科创新引智计划项目(111-2—11)；“863”国家高技术研究发展计划项目(2006AAll0101)；通用汽车研究与发展中心项目(GM—RD209)；湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研究项目(60870004)．作者简介：韩勇(1984一)，男，博士研究生．研究方向：汽车碰撞安全与行人下肢生物力学．E-mail：hyon908@gmail．oDm通信作者：杨济匡(1948一)，男，教授，博士生导师．研究方向：损伤生物力学与汽车碰撞安全．E-mail：jikuangyang@hnu．cIl万方数据第1期韩勇，等：汽车一行人碰撞中人体下肢骨折的有限元分析·7‘thestudyoflowerextremityinjuriesandthedevelopmentofinjuryprotectiondevices．Keywords：vehicleengineering；finiteelementmodel；lowerextremityinjury；injurymechanism；vehicle-pedestrianaccidentO引言交通事故中的人体下肢损伤通常是由行人与车辆前部结构碰撞而导致的¨“。多年的研究‘3]结果表明，下肢发生损伤的类型包括：股骨骨折，膝关节损伤(包括股骨髁和胫骨髁骨折，膝部韧带的拉伤和撕裂)，髌骨骨折，踝关节／足部的脱位骨折。以往对人体下肢耐受限度的研究主要是通过人体尸体样本进行试验研究。Burstein等n]1976年对不同年龄段的人体股骨和胫骨标本做了强度分析，研究显示股骨的屈服强度为104～120MPa，胫骨的屈服应力为120～140MPa。当前，计算机仿真技术已被广泛应用于车辆与行人碰撞事故建模。Yang等卟11996年在瑞典...