基于自由场爆炸的猪鼓膜破裂规律实验研究

作     者：向书毅 薛松波 杜智博 赵杨 王兴皓 田旭 高志强 冯国栋 费舟 庄茁 柳占立 XIANG Shuyi;XUE Songbo;DU Zhibo;ZHAO Yang;WANG Xinghao;TIAN Xu;GAO Zhiqiang;FENG Guodong;FEI Zhou;ZHUANG Zhuo;LIU Zhanli

作者机构：清华大学航天航空学院北京100084 中国医学科学院北京协和医学院北京100730 中国医学科学院北京协和医院北京100730 空军军医大学西京医院陕西西安710032 

基　　金：国家重点研发计划(2020-JCJQ-ZD-254 2022YFC3320502) 

出 版 物：《爆炸与冲击》 (Explosion and Shock Waves)

年 卷 期：2024年第44卷第12期

页      码：105-115页

摘      要：听觉系统各组成部分的机械损伤是爆炸后造成听力损失的主要原因,强脉冲声致听觉损害风险准则仍然存在许多争议,例如:指标选择冲量还是超压峰值,正压持续时间是否重要等。本研究基于自由场实爆条件,设计并搭建了大动物爆炸致伤平台,探究了不同爆炸参数对鼓膜破裂的影响规律,并建立了基于自由场超压峰值和正压持续时间的鼓膜创伤量效关系。通过笔形压力传感器测量自由场超压,通过Friedlander公式拟合超压时程曲线,确定冲击波超压峰值和正压持续时间,并对时域中记录的波形进行归一化能量频谱分析,以确定冲击波在频域上的信号能量分布。对爆炸后的小型猪进行解剖,记录不同爆炸参数下鼓膜创伤程度。以超压峰值和正压持续时间为自变量,对实验数据进行二元逻辑回归分析,并给出鼓膜破裂风险曲线。研究发现,当自由场超压峰值低于170 kPa时,鼓膜无明显损伤;当自由场超压峰值高于237 kPa时,部分鼓膜出现不同程度的破裂和充血。距爆心越近,超压峰值越大,但鼓膜创伤的严重程度并未随之单调增加。在8.0 kg TNT当量的爆炸实验中,鼓膜破裂的严重程度随爆心距的减小呈现先提高再降低的趋势。通过对冲击波载荷特征的分析可知,距爆心越近,正压持续时间越短,高频段能量占比相对更大,小型猪鼓膜破裂的概率可能反而降低,此时仍然出现显著的听力损失和耳蜗损伤。鼓膜作为通过振动传递声信号的黏弹性薄膜结构,其动力学响应可能与载荷频率成分密切相关。除了超压峰值,冲击波波形频谱分布对鼓膜破裂程度影响显著。

主 题 词：自由场爆炸 冲击波 鼓膜破裂 听力损失 致伤风险 

学科分类：08[工学] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.11883/bzycj-2024-0255

馆 藏 号：203155522...