人体胸部有限元模型的构建与军事应用

为推动人体胸部有限元模型的构建与仿真应用研究,结合实际场景,针对爆炸、钝性弹道冲击、高速弹道冲击,3种不同场景下的人体胸部有限元模型结构进行了详细分析。由于人体胸部组织的生理结构存在差异,因此,在受到弹道冲击和碰撞时,不同类型的组织会出现不同程度的损伤。对不同场景下的人体胸部有限元模型进行了综合分析,明确了其优劣特点,并提出了一些建议来优化这些模型,以提高其生物保真度和精确度。通过减少事故中胸部组织受损的程度,满足单兵防护等相关领域对人体胸部冲击研究的需求。

爆炸冲击波对人体胸部创伤机理的有限元方法研究

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。

汽车侧面和斜碰撞中人体胸部损伤响应数值分析

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.

人体胸部有限元模型研究

目的建立人体胸部的三维有限元模型,以用于单兵防护工程研究。方法以CT的扫描数据为重建源图像,利用医学图像重建软件Mimics进行三维重建;在有限元前处理软件ANSYSICEMCFD中进行单元网格划分,并为模型各部分指定相应的材料特性参数;在有限元软件ANSYSLS-DYNA中完成有限元模型建模,并参照既往尸体实验数据检验模型有效性。结果建立了近似人体胸部解剖结构的有限元模型,模型的模拟计算结果和既往尸体实验结果基本相符。结论利用人体断层数据和专业软件,能够完成有限元模型的重建,模型能够满足单兵防护工程研究中进行人体胸部冲击相关数值分析的需要。

人体胸部爆炸冲击波创伤模型与评估

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。

准静态和动态载荷下的人体胸部响应有限元分析

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。

不同伤害指标对评价人体胸部侧向碰撞伤害程度的影响

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 。

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

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。

人体胸部侧向碰撞模型参数值确定方法

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。

有限元法在人体胸部建模研究中的应用

有限元法也称有限单元法，它是将实体对象分割成有限个小单元，根据不同领域的需求推导出每一个小单元的作用方程，组合整个实体的单元并构成系统方程组，最后将系统方程组求解。自上世纪60年代，用于工程力学领域的有限元技术开始与医学研究相结合，由此掀开了生物力学研究的新篇章。

手枪弹对人体胸部模拟靶标的侵彻机理研究

在创伤弹道学研究中,用来模拟人体材料特性的弹道明胶靶标只考虑了肌肉组织,忽略了人体各种形状硬质骨骼对杀伤效应的影响。本文基于标准人体数据构建了一个包含人体胸廓结构的简化模型,进行9 mm钢芯手枪弹侵彻该模型的数值模拟,获得靶标内瞬时空腔、软组织及骨骼的应力等杀伤效应特征量。结果表明,30μs时弹丸侵彻胸骨,胸骨前表面中心出现最大约93.93 MPa的应力。150~240μs胸骨弹着点处的应力传导到中间3条肋骨前端上,应力大小为20~40 MPa。645~750μs阶段弹丸侵彻脊椎骨,脊椎骨上的应力从弹着点处向脊椎骨两端扩散,骨骼上的应力为40~90 MPa。2790μs时胸骨和脊椎骨上的应力显著下降,肋骨上产生20~65 MPa的应力。该研究结果可为枪伤救治和损伤评估提供参考。

爆炸冲击波与人体胸部相互作用数值模拟

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.

多种冲击载荷条件下的人体肋骨骨折有限元分析

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.

复杂爆炸载荷致肺损伤试验研究

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。

温压弹药爆炸波对人体创伤的评估和测试

本文针对温压弹药爆炸波对人体创伤的评估问题,建立了肺器官受冲击波创伤的模型及计算数学模型,同时给出了评估方法.并通过建立人体胸部测试模型与人体肺创伤评估软件的关系,将人体测试模型和评估软件用于试验,得出了人体爆炸肺的创伤概率和分级创伤形式.

爆炸冲击波对肺损伤的数值模拟

采用数值模拟方法,分析了人体胸部在自由空间爆炸场中受冲击波作用的力学过程。利用Mimics软件对CT图像进行处理,建立人体胸部三维模型。根据人体胸部各生物组织的特性,选择合理的材料模型和参数,并利用LS-DYNA有限元程序中流固耦合方法,计算分析冲击波作用于人体胸部肺的受力过程。通过计算获得冲击波入射超压峰值和正压持续时间,参照Bowen损伤曲线评估出肺处于Dc与D1损伤状态之间。观察肺部应力变化过程,获得肺部表面的正应力变化规律和损伤最严重的区域。分析剪切应力变化规律,了解肺受切应力作用损伤的可能性。

转向机构对驾驶员伤害的试验分析

通过GB11557试验中出现的情况,分析转向管柱、转向盘、转向盘轮缘下端与人体胸部模块基准线距离、转向管柱安装角等对人体模块作用力的影响,并指出GB11557中的不足和提出建议。

女子足球防护胸罩

一、问题的提出随着我国经济的日益发展,体育运动项目越来越多越普及,女子足球运动也得到了迅猛的发展。与此同时,也带来了一些新问题,一个显著的问题便是:女子胸部停球会对乳房造成什么危害? 女子乳房主要由结蒂组织和脂肪组成,具有敏感的神经系统,不能承受硬物冲击(见图一)。根据女足运动员的实际体验,从理论上讲,用胸部停力量不太强的球一般不会造成危害;对力量强的球,女足运动员还可以利用女子足球规则。

俯卧撑6种练习方式

俯卧撑主要锻炼人体胸部、背部、腰部以及腹部肌肉,是简单易行的力量训练手段。由于俯卧撑既不需要器械又不占用很大空间,因此成为不少人平日常做的一种健身运动。这里介绍6种俯卧撑的练习方式,请大家结合实际,谨慎选择。