摘要：统计表明,在汽车交通事故中人体胸部和腹部的损伤占很大的比例.为了研究汽车碰撞事故中人体胸腹部的生物力学响应与损伤机理,文中利用建立的人体胸-腹部生物力学有限元仿真模型,并引入国际同行已进行的相同部位尸体实验研究数据,对碰撞过程中人体胸腹部的生物力学响应进行了仿真分析.文献尸体实验与仿真过程中胸腹部的受力、加速度、胸腹部压缩变形量以及应力、应变分布等指标的对比结果表明,仿真结果与实验数据具有很好的一致性.研究表明,人体胸-腹部生物力学响应的有限元模拟能够准确地反应碰撞过程中人体胸-腹部的损伤程度,文中提出的模型可以用于汽车车身结构、约束系统、防护系统等方面的安全性设计和评估.

摘要：目的研究肿瘤型铰链式膝关节置换术后股骨-假体-胫骨复合体正常站立状态下的生物力学响应,探讨病人术后发生股骨穿孔的原因,为肿瘤型铰链式人工膝关节假体的优化设计与制造提供理论基础。方法兼顾CT及三维光学扫描数据建立股骨远端骨肉瘤瘤段切除肿瘤膝关节置换后的病人股骨-假体-胫骨有限元模型,并进行相关有效性验证,从而进一步分析人体站立状态下股骨-假体-胫骨复合体的应力分布及应力遮挡现象。结果 (1)在站立加载状态下,相对胫骨,股骨的应力明显更大且集中分布趋势显著,股骨前1/3区域应力较大,呈现应力遮挡效应。(2)由于模型基于临床病人几何及骨质特征建立,股骨应力集中位置与临床中病人股骨穿孔位置接近,表明在施加自身重力状态下可能发生与病人病症一致的股骨损伤行为。结论肿瘤型铰链式膝关节假体植入后,由于假体髓针深入骨髓腔,正常站立状态下亦对骨髓腔产生一定的压力;由此产生的应力遮挡效应以及假体髓针与特定骨髓腔的匹配情况均可能引起股骨应力集中,从而将可能引起股骨开裂,甚至穿破,影响手术质量。建议术前优化假体设计以减轻或避免此类现象,从而减少术后患者的并发症发生率。

摘要：由于可用于实验的儿童尸体的缺乏,采用具有较高生物仿真度的胸部有限元模型是研究儿童胸部损伤机理的重要手段。在已验证有效性的6岁儿童胸部有限元模型基础上构建了等效肌肉模型和具有真实几何形状的肌肉模型,通过重构儿童胸部正碰尸体实验分析肌肉生物仿真度对胸部损伤的影响。对比实验结果表明,等效肌肉模型的胸部接触力、胸部最大压缩量和肋骨最大范梅塞斯应力稍大于真实肌肉模型;心脏和肺的最大主应变都略小于真实肌肉模型;真实肌肉模型曲线与尸体实验通道的相关性要大于等效肌肉模型。通过以上对比,本文研究结果认为具有真实几何形状肌肉的儿童胸部有限元模型应该能更准确地反映胸部受到碰撞时的生物力学响应。

摘要：为了深入分析薄壁长杆撞击驾驶员胸腔时肺部的损伤机理及相关的生物力学响应数据,通过中国第五十百分位男性尺寸的CT建立了具有较高仿真度的胸腔模型。模型包括胸骨、肋骨、肋软骨、脊椎以及肺部器官。碰撞仿真将参考Kroell等胸部与腹部的钝性摆锤撞击试验,从3个方向分别使用薄壁长杆依次以低、中、高的速度进行撞击仿真,一共九组实验。分析了肺部损伤机制。结果表明正面碰撞下肺部内侧面受到压力最大,侧面碰撞下肺部肋面受到压力最大。同时分析了不同方向不同速度下的肺部损伤机理和力学响应特性,得到了肺部动力学响应和损伤风险较高位置的压力分布特点,并推测压力峰值趋于一个极值,为以后救治伤员和完善汽车安全性能提供了基础。

摘要：战场中反装甲车辆地雷和简易爆炸装置产生的车底爆炸冲击载荷严重威胁乘员下肢损伤,充分认识爆炸冲击载荷下的人体下肢响应,进而制定有效防护策略至关重要。因此,研究不同冲击载荷下的人体下肢生物力学响应和分析不同脚垫设计对下肢损伤的防护性能。

摘要：目的探究汽车追尾碰撞事故中,座椅头枕高度对乘员头颈部的运动学和生物力学响应的影响。方法应用中国体征第50百分位男性头颈部生物力学模型和某款汽车头枕有限元模型,设置不同头枕高度的13组汽车追尾碰撞仿真试验,分析头部损伤指标HIC15、脑组织von Mises应力、颈部伤害指标Nkm和颈椎von Mises应力,并分别与头枕高度进行二维非线性拟合得到预测模型。结果全部头颈部损伤参数变化趋势一致,均为随头枕高度的升高先减小后增加,损伤参数最低值出现在头枕最高点与乘员头部最高点差值0~10 mm区间内。在头枕最高点低于乘员头部最高点30 mm以上时,乘员颈椎C1损伤风险最大,头枕最高点低于乘员头部最高点距离小于30 mm以及高于乘员头部最高点时,乘员颈椎C7损伤风险最大。结论汽车座椅头枕设计及乘员实际乘车时,应尽量使得头枕最高点与乘员头部最高点接近以降低乘员在汽车追尾碰撞中头颈部损伤风险。本研究量化评估了汽车座椅头枕高度对乘员头颈部的运动学和生物力学影响,为汽车追尾碰撞中乘员损伤机理研究和座椅头枕安全防护设计提供理论依据和数据支撑。

摘要：目的航天器的升空与返回、超高速战斗机的起降以及航空航天领域的科学探索,使人类处于高加速度(高G)的力学微环境下。因此,作为承载器官,骨细胞在高G力学微环境下的生物力学响应亟需研究。方法采用小鼠胚胎成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)为模型,对细胞施加连续3 d,每天30 min的高G力学微环境(对照组和1、5、10、20、40、100 G组)。

摘要：为了能准确预测便携式风力灭火机振动给人体手臂带来的影响,降低人体手臂模型的复杂程度,结合便携式风力灭火机作业的实际情况,建立了五自由度手传振动生物力学模型,并考虑了肘部呈90°的弯曲臂姿势。根据手臂系统的生物动力学特征及在操作过程中人体手臂的动态平衡状态,进行力学分析建立系统机械等效模型,设计标准振动实验平台,辨识手臂模型参数,并将模型预测数据与便携式风力灭火机的实测数据进行了比较。结果表明:在肘部呈90°姿势、握力30 N、推力50 N状态下,模型响应与平均测量值比较显示了较好的一致性,能够较准确拟合手传振动响应特性曲线。该模型能较好地预测便携式风力灭火机作业给人体手臂带来的振动响应,可以为其风险评估提供量化的理论预测模型。

摘要：根据乘员碰撞事故中人体膝关节的生物力学响应特性,应用有限元(FE)方法和碰撞模拟技术,构建了一个人体膝关节模型。模型按人体解剖学结构构建,由股骨内、外侧髁,胫骨内、外侧髁,腓骨小头、髌骨、软骨、半月板以及主要韧带构成。通过比较模型仿真和尸体碰撞实验在轴向载荷条件下膝关节受刚性碰撞的响应结果,验证了模型的有效性。该模型为研究人体膝关节损伤机理提供了可靠的基础数据,并可应用于乘员损伤防护装置的设计和开发。

摘要：背景:目前国内所建的足部模型大部分是采用自动划分网格的四面体有限元模型,虽然四面体网格自动剖分技术给三维实体的有限元网格自动剖分带来了极大的方便,但力学性能较差。目的:基于CT图片构建六面体网格足部有限元模型。方法:选取中国正常男性人体足部的CT数据,利用Mimics软件对足部几何模型进行重构,运用NURBS曲面的节点插入算法,对足部几何模型进行了细化,构建了具有较高生物仿真度的人体足部有限元模型,利用Pam-crash软件对模型进行了碰撞仿真分析。结果与结论:仿真结果与尸体实验结果基本一致,证明模型可信。实验基于CT图片构建的六面体网格足部有限元模型,添加了足底肌肉、肌腱、皮肤等结构,更真实的反映了足部解剖学结构特征,进而提高了有限元模型的质量,更能有效地研究足部损伤机制,从而为提高汽车安全性设计提供参考依据。