脂肪组织材料本构模型参数力学响应灵敏度分析

【目的】确定脂肪组织材料各材料本构的参数灵敏度,以便合理简化参数反求变量,提高材料对标效率。【方法】采用对4种常用的脂肪组织材料本构模型进行无约束压缩试验,研究各材料参数对力学响应的影响情况。【结果】线性黏弹性材料本构中短效剪切模量与衰减常数对接触力影响显著,Mooney-Rivlin超弹性本构中材料常数对接触力值影响较大,Ogden超弹性本构模型中Og⁃den系数对接触力值影响最显著,软组织材料本构中材料常数对接触力影响显著。【结论】为脂肪组织材料力学性能研究、参数反求及材料对标工作的合理简化提供了参考,极大地提高了计算效率。

皮下脂肪组织本构模型及其生物力学性能研究进展

脂肪组织的本构模型和力学性能对研究肥胖人群的碰撞损伤具有重要意义,但往往不同文献中得到的研究结果并不一致,因此,脂肪组织生物力学性能及材料属性仍有待深入研究。从脂肪组织的压痕试验、拉伸与压缩试验、剪切试验等力学试验方面综述了脂肪组织生物力学性能的研究成果,并进一步介绍了有限元分析中常用的脂肪组织材料本构模型,分析了脂肪组织生物力学性能研究所面临的问题及今后的发展方向,为脂肪组织生物力学研究提供了参考。

肥胖对乘员碰撞损伤影响机制的研究进展

现有汽车安全设计和法规主要是基于标准体型的50百分位人群,在肥胖人群不断增长的趋势下,研究肥胖乘员的碰撞损伤和防护越来越重要。现有研究中多采用事故统计分析、尸体实验、多刚体模型和有限元模型等方法探讨肥胖乘员的损伤机制,肥胖对乘员的碰撞损伤主要有泡沫效应假说、躯干几何形状变化假说和质量效应假说等多种提法,可见肥胖乘员的损伤机制尚不明确。在全面总结肥胖乘员的碰撞损伤机制基础上,阐述当前肥胖乘员碰撞损伤研究所面临的问题及未来研究的发展方向。

脂肪组织压缩实验中摩擦系数对力学响应的影响

目的针对当前摩擦力对脂肪组织无约束压缩实验结果影响的不确定性,研究压缩实验中合适的摩擦系数设置及适用于模拟脂肪组织生物力学响应的材料本构模型。方法构建低应变率(0.2s^-1)和中应变率(20s^-1)下的脂肪组织有限元模型,分别应用LS-DYNA中常用于模拟脂肪组织的线性黏弹性材料本构、Mooney-Rivlin超弹性材料本构、Ogden超弹性材料本构、软组织材料本构,在不同摩擦系数下进行无约束压缩实验,分析不同摩擦系数及本构模型对接触力大小的影响。结果4种材料本构模型在低、中应变率下,输出的接触力均与摩擦系数呈正相关,有摩擦时的接触力比无摩擦时的接触力大50%左右。中应变率下脂肪组织的力学响应对摩擦系数的灵敏度比低应变率下的更高,且不同材料本构模型输出的接触力差异显著。结论在脂肪组织无约束压缩实验中,静摩擦系数取0.1,动摩擦系数取0.05是合理的,在低、中应变率下Ogden超弹性材料本构能够良好地反映脂肪组织的生物力学响应。

基于自适应响应面法的脂肪组织材料参数反求

不同文献中的脂肪组织材料参数相差很大,人体有限元模型中脂肪组织的生物仿真度有待提高。本研究构建了脂肪组织压缩试验有限元模型,采用Ogden超弹性材料本构并进行筛选试验设计,确定其各个因子对目标响应的影响程度,选择Ogden系数与剪切松弛模量两项对目标响应影响较大的参数作为反求目标。利用有限元方法与优化策略相结合,基于自适应响应面法对脂肪组织的材料参数进行反求,将反求得到的材料参数应用于仿真中,得到仿真曲线与实验曲线的相关系数为0.98876。研究结果表明,应用基于反求策略得到的材料参数输出的仿真曲线与实验曲线高度吻合,在仿真中采用该反求方法获得的脂肪组织材料参数具有更高的生物仿真度。