基于颈部肌肉主动力的乘员后碰撞颈部损伤机理与防护研究

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1、学校代号10532学号S12021104分类号U461.91密级公开硕士学位论文基于颈部肌肉主动力的乘员后碰撞颈部损伤机理与防护研究学位申请人姓名曹迎春培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称李凡助理教授学科专业机械工程研究方向车辆与交通安全论文提交日期2015年5月20日学校代号：10532学号：S12021104密级：公开湖南大学硕士学位论文基于颈部肌肉主动力的乘员后碰撞颈部损伤机理与防护研究学位申请人姓名：曹迎春导师姓名及职称：李凡助理教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2015年5月20日论文答辩日期：2015

2、年5月23日答辩委员会主席：龚金科教授AStudyonNeckInjuryMechanismandOccupantPreventioninRear-endImpactsBasedonMuscleActivationbyCAOYingchunB.E.(HainanUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolo

3、fHunanUniversitySupervisorAssistantProfessorLIFanMay,2015基于颈部肌肉主动力的乘员后碰撞颈部损伤机理与防护研究I基于颈部肌肉主动力的乘员后碰撞颈部损伤机理与防护研究摘要颈部损伤是交通事故中最常见的损伤，也是最致命的损伤形式之一，往往会导致伤者伴有长期的后遗症，给社会和个人造成巨大的经济负担和精神损失。多年来研究者们进行了大量的试验和数值研究，但由于颈部复杂的解剖学结构及生物力学特性，人们仍无法确定颈部的损伤机理。因此，通过对乘员颈部损伤机理的研究，特别是考虑肌肉主动力作用的影响，对减轻颈部损

4、伤保护乘员安全具有积极的意义。本文目的在于建立具有较高生物逼真度的可模拟肌肉主动力的乘员头颈部有限元模型，并在后碰撞条件下验证其有效性；研究后碰撞中颈部肌肉主动力对头颈部动力学响应及颈部生物力学响应的影响，为开发设计更安全的座椅约束系统提供理论依据。本文首先以50百分位成年男性颈部的MRI资料为依据，重建了人体颈部肌肉的三维模型，采用克里格插值方法将其与头颈基础模型进行匹配，并划分网格定义颈部肌肉的主被动材料属性,在后碰撞条件下验证建立的头颈模型的有效性。然后采用建立的头颈有限元模型、BioRIDII假人有限元模型躯干部分、安全带模型和座椅模型建

5、立了用于分析颈部损伤生物力学的后碰撞混合模型，并对该模型进行了有效性验证。最后在颈部肌肉处于主、被动两种响应状态时，分析了不同碰撞强度对乘员头颈部动力学响应和颈部生物力学响应的影响,同时分析了座椅几何参数对颈部损伤的影响，并提出减轻颈部损伤的方法措施。研究结果表明，建立的头颈有限元模型的验证结果与志愿者试验结果吻合较好，具有较高的生物逼真度；建立的后碰撞混合模型可以较逼真的模拟后碰撞时脊柱与座椅的相互作用，并可以对颈部各椎骨、椎间盘及韧带的生物力学响应进行分析；随着碰撞加速度的增加，头部最大位移、头部质心加速度、NIC等参数值均随之变大。相同碰撞

6、条件下，激活态模型的各损伤值均小于被动态模型，特别是在低强度碰撞脉冲下，可见颈部肌肉主动力对乘员颈部起到一定的保护作用。通过分析座椅几何参数对乘员颈部损伤的影响可得，适当减小头枕与头部水平距离、增加头枕高度以及减小座椅靠背刚度，可降低乘员颈部损伤的发生几率。关键字：汽车后碰撞；肌肉主动力；有限元模型；颈部损伤；动力学响应II硕士学位论文AbstractInvehicletrafficaccidents,neckinjuryisoneofthemostcommontypesofinjurywithsevereconsequences.Theirlo

7、ng-termconsequencesleadtogreatphysicalharmandhugeeconomiclosstovictims.Inrecentyears,greatstudieshavebeencarriedoutbytheresearchers,buttheneckinjurymechanismisstillcontroversybecauseofthecomplexanatomicalstructureofhumanneck.Therefore,tofindouttheneckmuscleinfluencerelatedton

8、eckinjurymechanismwouldbesignificanttoreduceneckinjuries.Theaimofthi