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Biomechanical modeling for the response of human thorax to blast waves
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作者 Jie Zhou Gang Tao 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第4期589-598,共10页
A simplified finite element model of a human thorax had been developed for probing into the mechani- cal response in simple and complex blast environments. The human thorax model was first created by CT images with bl... A simplified finite element model of a human thorax had been developed for probing into the mechani- cal response in simple and complex blast environments. The human thorax model was first created by CT images with blast loading applied via a coupled arbitrary Lagrangian- Eulerian method, allowing for a variety of loads to be considered. The goal is to analyze the maximum stress distri- butions of lung tissue and peak inward thorax wall velocity and to know the possible regions and levels of lung injury. In parallel, a mathematical model has been modified from the Lobdell model to investigate the detailed percentage of lung injury at each level. The blast loadings around the human tho- rax were obtained from the finite element model, and were then applied in the mathematical model as the boundary con- ditions to predict the normalized work of the human thorax lung. The present results are found in agreement with the modified Bowen curves and the results predicted by Axels- son's model. 展开更多
关键词 Biomechanical model human thorax Blastwaves Stress wave Normalized work- Blast lung injury
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A numerical simulation method of natural fragment formation and injury to human thorax
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作者 Yuan-Yuan Ju Lei Zhang +3 位作者 Di-Ke Ruan Cheng Xu Ming Hu Ren-Rong Long 《Chinese Journal of Traumatology》 CAS CSCD 2020年第5期258-264,共7页
Objective:Fragment injury is a type of blast injury that is becoming more and more common in military campaigns and terrorist attacks.Numerical simulation methods investigating the formation of natural fragments and i... Objective:Fragment injury is a type of blast injury that is becoming more and more common in military campaigns and terrorist attacks.Numerical simulation methods investigating the formation of natural fragments and injuries to biological targets are expected to be developed.Methods:A cylindrical warhead model was established and the formation process of natural fragments was simulated using the approach of tied nodes with failure through the explicit finite element(FE)software of LS-DYNA.The interaction between the detonation product and the warhead shell was simulated using the fluidestructure interaction algorithm.A method to simulate the injury of natural fragments to a biological target was presented by transforming Lagrange elements into smooth particle hydrodynamics(SPH)particles after the natural fragments were successfully formed.A computational model of the human thorax was established to simulate the injury induced by natural fragments by the node-to-surface contact algorithm with erosion.Results:The discontinuous velocities of the warhead shell at different locations resulted in the formation of natural fragments with different sizes.The velocities of natural fragments increased rapidly at the initial stage and slowly after the warhead shell fractured.The initial velocities of natural fragments at the central part of the warhead shell were the largest,whereas those at both ends of the warhead shell were the smallest.The natural fragments resulted in bullet holes that were of the same shape as that of the fragments but slightly larger in size than the fragments in the human thorax after they penetrated through.Stress waves propagated in the ribs and enhanced the injury to soft tissues;additionally,ballistic pressure waves ahead of the natural fragments were also an injury factor to the soft tissues.Conclusion:The proposed method is effective in simulating the formation of natural fragments and their injury to biological targets.Moreover,this method will be beneficial for simulating the combined injuries of natural fragments and shock waves to biological targets. 展开更多
关键词 Finite element analysis Fragment injury human thorax Fluidestructure interaction Smooth particle hydrodynamics
原文传递
复杂爆炸载荷致肺损伤试验研究
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作者 李冈 徐冰川 +1 位作者 胡滨 蔡萌 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1681-1691,共11页
为研究真实工况下人员在爆炸冲击波作用下的动态响应特性,开展某型云爆弹静爆作用下工事内仿人形装置(Anthropomorphic Test Device,ATD)和绵羊的毁伤试验研究。采用爆炸测试装置和简易假人作为研究对象,通过6发爆炸试验分析爆炸冲击波... 为研究真实工况下人员在爆炸冲击波作用下的动态响应特性,开展某型云爆弹静爆作用下工事内仿人形装置(Anthropomorphic Test Device,ATD)和绵羊的毁伤试验研究。采用爆炸测试装置和简易假人作为研究对象,通过6发爆炸试验分析爆炸冲击波在ATD表面传播规律,开展2种人员损伤预测模型的对比分析。研究结果表明:在本试验工况下,冲击波和崩落的混凝土碎块是主要的毁伤元;爆炸冲击波在ATD表面首先发生反射,随后绕射至其他部位,压力曲线表现出非典型冲击波特征,反射叠加效应明显;在典型冲击波特征正压作用时间区间内,由于Axelsson损伤模型线性阻尼项的影响,求解的胸壁运动速度呈现出先增大至峰值后降低的现象;Axelsson损伤模型与UFC 3-340-02规范相比,在人员损伤预测方面相对保守。所得研究结果可为工程应用及毁伤评估提供参考。 展开更多
关键词 复杂冲击波 肺损伤 爆炸测试装置 人体胸部 胸壁运动速度
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爆炸冲击波对人体胸部创伤机理的有限元方法研究 被引量:11
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作者 周杰 陶钢 +1 位作者 潘保青 张洪伟 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期315-320,共6页
通过建立简化的人体胸部三维有限元模型,模拟爆炸冲击波与人体胸部作用,根据人体胸部各个器官的不同,选择合理的材料模型和参数,提出LS-DYNA有限元程序局部平面波改进方法,研究爆炸冲击波与人体胸部作用的力学过程。依据人体胸部各个器... 通过建立简化的人体胸部三维有限元模型,模拟爆炸冲击波与人体胸部作用,根据人体胸部各个器官的不同,选择合理的材料模型和参数,提出LS-DYNA有限元程序局部平面波改进方法,研究爆炸冲击波与人体胸部作用的力学过程。依据人体胸部各个器官运动的速度差,预测创伤的区域分布;给出肺模型的压、拉应力及剪切应力的变化规律,分析肺的创伤区域的分布,与解剖实验结果基本一致。对比Bowen创伤曲线,证明人体胸部三维有限元模型可以有效得到冲击波创伤特征。 展开更多
关键词 爆炸力学 爆炸创伤 有限元方法 人体胸部 流固耦合
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汽车侧面和斜碰撞中人体胸部损伤响应数值分析 被引量:5
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作者 王方 杨济匡 +3 位作者 李桂兵 周水庭 韩勇 李凡 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期225-234,共10页
车辆侧面和斜碰撞在导致乘员严重损伤的交通事故中占有相当大的比例,但与正面碰撞事故研究相比仍缺少对车内乘员在侧面和斜碰撞中的胸部损伤生物力学的深入研究.因此本文采用数值模型来分析这两种碰撞载荷下的人体胸部生物力学响应以及... 车辆侧面和斜碰撞在导致乘员严重损伤的交通事故中占有相当大的比例,但与正面碰撞事故研究相比仍缺少对车内乘员在侧面和斜碰撞中的胸部损伤生物力学的深入研究.因此本文采用数值模型来分析这两种碰撞载荷下的人体胸部生物力学响应以及损伤相关的物理参数.首先,将自主开发验证的胸部、头颈部和下肢有限元模型相结合,建立了一个完整的人体坐姿有限元模型;然后,采用该坐姿模型模拟了文献中的7例尸体胸部侧面碰撞和斜碰撞实验;仿真计算获得的碰撞力、胸部变形量和力–变形等损伤相关的响应曲线都在对应的生物力学实验曲线走廊范围内;仿真与实验结果对比表明了坐姿模型的有效性;从仿真结果发现碰撞力峰值较接近于实验结果的较大值,而变形量趋向于实验结果的较小值;同时,侧面碰撞条件下所得到的碰撞力峰值比斜碰撞中稍大,峰值出现的时刻较早;而侧面碰撞中胸部变形量峰值比斜碰撞中较小,出现的时刻同样较早,这与实验结果所呈现的趋势一致.分析说明在相同载荷强度下侧面碰撞胸部耐受限度高于斜碰撞时的耐受限度.该胸部有限元模型可较准确地再现侧面碰撞和斜碰撞生物力学实验中的胸部响应过程,具有较好的生物逼真度,可进一步用于侧面碰撞和斜碰撞中乘员胸部损伤生物力学研究. 展开更多
关键词 人体胸部 有限元模型 斜碰撞 侧面碰撞 生物力学
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多种冲击载荷条件下的人体肋骨骨折有限元分析 被引量:10
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作者 王方 杨济匡 李桂兵 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期300-307,共8页
旨在研究不同碰撞载荷条件下基于不同失效模型的人体肋骨骨折机理.为此采用已验证的人体有限元胸部模型来分析人体肋骨骨折现象.该模型基于人体解剖学结构,包含了人体胸椎、腰椎、肋骨、胸骨、肋间软骨、胸腹部器官和其他的软组织,定义... 旨在研究不同碰撞载荷条件下基于不同失效模型的人体肋骨骨折机理.为此采用已验证的人体有限元胸部模型来分析人体肋骨骨折现象.该模型基于人体解剖学结构,包含了人体胸椎、腰椎、肋骨、胸骨、肋间软骨、胸腹部器官和其他的软组织,定义的生物材料参数都基于已有的文献记载.基于人体在损伤生物力学领域内一些较为典型的肋骨骨折失效模型,根据已发表文献中的人体标本实验载荷条件模拟了人体肋骨结构在不同冲击载荷下的骨折现象,并与这些实验结果进行了对比分析.所引用的实验结果包括单根肋骨强度结构实验和人体胸部正面碰撞块冲击实验.从文中有限元仿真分析的结果来看,针对不同的载荷条件,不同肋骨骨折失效模型的适用性各不相同.该人体胸部有限元模型可用于车辆交通事故中冲击载荷条件下的人体肋骨损伤生物力学研究. 展开更多
关键词 人体胸部 肋骨骨折 有限元模型 碰撞 失效模型 生物力学
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人体胸部爆炸冲击波创伤模型与评估 被引量:7
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作者 周杰 陶钢 《弹道学报》 CSCD 北大核心 2013年第3期64-69,74,共7页
为了用力学参数定量评估爆炸冲击波对人体胸部肺组织的创伤程度,改进了Lobdell的人体胸部撞击创伤模型,获得了爆炸冲击波作用下的人体胸部动力学模型,推导了模型的动力学方程,选择了合理的计算方法。将实验数据加载到模型中作为边界条件... 为了用力学参数定量评估爆炸冲击波对人体胸部肺组织的创伤程度,改进了Lobdell的人体胸部撞击创伤模型,获得了爆炸冲击波作用下的人体胸部动力学模型,推导了模型的动力学方程,选择了合理的计算方法。将实验数据加载到模型中作为边界条件,计算了胸部各个方向运动的速度、位移、肺腔压力、肺组织中的压力波及归一化功,并分析其变化规律与冲击波、创伤效应之间的联系。利用归一化功与肺组织创伤的关系,计算了肺组织中各个创伤等级所占的比率,并与Injury8.2的计算结果进行对比,二者基本一致。分析结果表明,建立的人体胸部模型可应用于各种环境下冲击波的肺组织创伤评估。 展开更多
关键词 冲击波 人体胸部 动力学模型 创伤评估
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准静态和动态载荷下的人体胸部响应有限元分析 被引量:5
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作者 王方 杨济匡 李桂兵 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期189-194,203,共7页
根据前人文献中的生物材料参数,建立了一个基于人体胸部解剖学结构的有限元模型,并利用该模型,对前人的实验进行仿真,包括对Kallieris的肋骨三点弯曲实验,Li Zuoping的肋骨结构实验和Patrick低速碰撞系列实验的仿真。结果表明,该胸部有... 根据前人文献中的生物材料参数,建立了一个基于人体胸部解剖学结构的有限元模型,并利用该模型,对前人的实验进行仿真,包括对Kallieris的肋骨三点弯曲实验,Li Zuoping的肋骨结构实验和Patrick低速碰撞系列实验的仿真。结果表明,该胸部有限元模型可有效地用于车辆碰撞中的人体胸部损伤生物力学研究。 展开更多
关键词 人体胸部 肋骨骨折 有限元模型 碰撞
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不同伤害指标对评价人体胸部侧向碰撞伤害程度的影响 被引量:2
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作者 程秀生 王军 郑宏 《公路交通科技》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期111-114,共4页
以蜂窝状纸板为吸能材料 ,根据模拟汽车侧面碰撞的假人 滑车碰撞试验结果 ,分别以基于加速度参数建立的胸部伤害指标和基于变形参数建立的伤害指标 ,分析车门与乘员之间有无吸能材料和吸能材料特性对胸部侧向碰撞伤害程度的影响 。
关键词 伤害指标 蜂窝状纸板 人体胸部伤害 侧向碰撞 滑车试验
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基于有限元模拟的人体胸部材料参数对其碰撞响应影响分析 被引量:3
10
作者 王方 韩勇 +1 位作者 李桂兵 杨济匡 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第8期90-96,共7页
研究目的是分析正面冲击载荷条件下,胸腔骨骼结构和软组织结构材料参数的变化对胸部不同碰撞响应参数的影响。采用一个已经建立并验证的人体胸部有限元模型,基于胸腔骨骼和软组织的多个材料参数,进行正面冲击载荷下的胸部碰撞模拟,分别... 研究目的是分析正面冲击载荷条件下,胸腔骨骼结构和软组织结构材料参数的变化对胸部不同碰撞响应参数的影响。采用一个已经建立并验证的人体胸部有限元模型,基于胸腔骨骼和软组织的多个材料参数,进行正面冲击载荷下的胸部碰撞模拟,分别输出主要的胸部响应参数值,并采用标准多项式拟合方法详细对比分析了胸部材料参数发生变化时胸腔的不同响应。结果表明胸腔骨骼和软组织材料参数的变化对正面碰撞载荷下胸部碰撞响应的影响程度各不相同。其中,骨骼和软组织材料参数的变化对胸部碰撞力(Fmax)和胸部变形量(Dmax)的影响显著,肋骨骨折数(Number of Rib Fracture,NRF)和T12加速度(Gmax-T12)的影响次之,而材料参数的变化对胸部变形速率(Vmax)和T1加速度(Gmax-T1)的影响较小。同时,Fmax,Dmax,Gmax-T12等参数主要受软组织材料参数的影响,而肋骨骨折数(NRF)则更多受到骨骼材料参数变化的影响。 展开更多
关键词 人体胸部 有限元模型 材料参数 碰撞响应
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人体胸部侧向碰撞损伤程度的试验研究 被引量:3
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作者 程秀生 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期72-75,共4页
本文以利用假人和滑车碰撞试验台所进行的模拟汽车侧向碰撞下人体胸部损伤的试验为基础 。
关键词 交通事故 侧向碰撞 人体 胸部损伤 吸能材料
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人体胸部侧向碰撞模型参数值确定方法 被引量:1
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作者 程秀生 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 1999年第1期10-14,共5页
本文以人尸体胸部无反弹冲撞式滑车侧向碰撞试验为基础,建立与试验相适应的人体胸部侧向碰撞模型。通过导出试验与模型之间误差的函数关系和应用最小误差理论,探讨了如何根据测试胸部生物力学特性的试验数据确定最佳参数值的方法问题。
关键词 人体胸部 汽车 侧向碰撞模型 生物力学 模型参数
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基于数字人模型的生物体快速反演模型建立与实验验证
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作者 徐草草 杨启明 尹福成 《计算机与数字工程》 2018年第10期2098-2101,共4页
为了研究有限元建立数字人模型的合理性与准确性,以用于实际的爆炸冲击反演中。论文提出了利用数字人模型建模方法建立快速反演简化模型,在建模中,在有限元前处理软件ANSYS ICEM CFD中进行单元网格划分,并生物体测量数据为模型各部分指... 为了研究有限元建立数字人模型的合理性与准确性,以用于实际的爆炸冲击反演中。论文提出了利用数字人模型建模方法建立快速反演简化模型,在建模中,在有限元前处理软件ANSYS ICEM CFD中进行单元网格划分,并生物体测量数据为模型各部分指定相应的几何参数,根据组织特性设置材料特性参数;在有限元软件ANSYS LS-DYNA中完成有限元模型建模,并通过等效实验来验证。利用数字人模型建模方法建立了快速反演有限元模型,通过分析模型计算结果与实验结果,得出计算结果与实验结果基本相符。利用CT数据集建立数字人模型的方法,能够完成近似真实物态环境的反演有限元模型的重建,模型能够满足进行人体胸部损伤特性研究的需要。 展开更多
关键词 数字人建模 快速反演 有限元模型 人体胸腔
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50百分位中国人胸腹部基础数据采集
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作者 尹彦 马春生 吕方 《标准科学》 2015年第7期19-22,共4页
通过对我国50百分位成年男性志愿者的胸腹部进行层间距为0.625mm的CT扫描及1.5mm层厚的MRI磁共振扫描,将以DICOM格式存储的扫描数据导入医学影响处理软件Mimics中,通过阈值分割,提取骨骼、内脏等在扫描图像中的不同灰度值用于三维CAD几... 通过对我国50百分位成年男性志愿者的胸腹部进行层间距为0.625mm的CT扫描及1.5mm层厚的MRI磁共振扫描,将以DICOM格式存储的扫描数据导入医学影响处理软件Mimics中,通过阈值分割,提取骨骼、内脏等在扫描图像中的不同灰度值用于三维CAD几何建模,为人体数值模型的建立提供基础性数据。 展开更多
关键词 胸腹部 CT MRI 人体数值模型
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爆炸冲击波与人体胸部相互作用数值模拟 被引量:4
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作者 巨圆圆 张磊 +2 位作者 杜志鹏 徐成 阮狄克 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2021年第12期160-168,共9页
通过建立爆炸冲击波与人体胸部相互作用的有限元模型,对人体胸部中应力波的传播特性和胸部动态响应规律进行分析.胸部正面的冲击波受到胸部表面的反射作用,峰值最大;胸部背面的冲击波由两侧绕射冲击波叠加而成,峰值最小;胸部两侧绕射冲... 通过建立爆炸冲击波与人体胸部相互作用的有限元模型,对人体胸部中应力波的传播特性和胸部动态响应规律进行分析.胸部正面的冲击波受到胸部表面的反射作用,峰值最大;胸部背面的冲击波由两侧绕射冲击波叠加而成,峰值最小;胸部两侧绕射冲击波峰值大小相近.由于胸部材料波阻抗特性的差异,肺部正面主要受到入射冲击波经肌肉和胸骨传播进入的压缩波作用;肺部侧面受到胸骨变形运动产生的弱拉伸波和入射冲击波引起的强压缩波共同作用;肺脏背面除了和侧面相类似的情况外,还受到椎骨反射引起的压缩波作用.胸部表面压力、胸部各组织压力以及胸部变形速度随爆炸冲击波的变化规律可以拟合为:y=A[1-exp(x/B)],式中,y为因变量,x为爆炸冲击波峰值超压,A和B为拟合常数. 展开更多
关键词 爆炸冲击波 人体胸部 传播规律 载荷特性 数值模拟
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