汽车碰撞中头颈部有限元模型的动态特性分析开题报告

全文总字数：2950字

1. 研究目的与意义

颈部损伤因其较高的致命性，已成为交通事故中最严重的损伤类型之一。

论文目的是通过建立并验证一个头颈部有限元模型来研究在汽车碰撞事故中人体头颈部的动态响应和损伤机理。

从而为我国汽车安全性和头颈部创伤防护研究提供有效的方法和手段。

2. 国内外研究现状分析

用于确定生物力学响应的模型主要有五种：志愿者、尸体、动物、机械的人体替代物和数学模型。在过去的数十年中，虽然前三种模型都被广泛的应用于关于颅脑损伤问题的实验研究测试中，并且十分具有参考价值，然而由于伦理道德等问题及一系列非标准化的试验过程等的缺陷，些模型具有显著的局限性。因此，假人被引入试验研究，但是由于制造和保养假人需要的额外费用高，且一些人脑内的生物力学响应难以测量与试验，所以目前，人们找到了一种既能估算模拟人脑内部生物力学响应又经济有效的替代方法人体头部有限元模型。

国外用于头部损伤研究的有限元模型开始于20世纪70年代。1971年，hardy 和 mrcal建立了最早的有限元模型，它是一个仅由头骨组成的二维人体头部有限元模型。chan于1974年建立了一个简单的轴对称椭球体模型，颅骨和脑组织均使用粘弹性材料进行模拟。1993年，韦恩州立大学 (wsu) 的ruan等建立了韦恩州立大学脑损伤模型(wsubim) (1993-1997) 。1997年，由路易斯巴斯德大学研究人员kang和willinger开发的有限元头部模型（ulp）为脑脊液（csf）推出了拉格朗日公式，它可以用于考虑液体与固体结构之间的相互作用。willinger于1995年建立了基于核磁共振扫描的三维有限元模型。kleiven和hardy于2002年建立一个包括头皮、颅骨、脑、11对矢状窦桥静脉等的新型模型，利用该模型研究了颅内血管系统以及不同尺寸的脑组织对头部动态响应的影响。mao等于2013年开发了一个用于头部损伤以及防护研究的颅脑三维有限元模型，该模型网格质量极高且构建了头部中几乎所有的解剖学结构。

国内有关头部损伤的有限元模型研究主要集中在高校，湖南大学杨济匡等开展了车辆碰撞事故中头部生物力学响应以及损伤机理的研究，建立了颅脑损伤有限元模型；天津科技大学阮世婕等基于真实的50%国内健康男性青年志愿者的ct图像数据建立一个颅脑有限元模型；华南理工大学陈吉清建立了用于研究交通伤害防护的头部损伤有限元模型等。

3. 研究的基本内容与计划

1.研究内容 本课题研究是通过建立并验证一个头颈部有限元模型来研究在汽车碰撞事故中人体头颈部的动态响应和损伤机理 2.研究计划：第1周第2 周：资料搜集和整理、拟定研究计划、撰写开题报告，第3周第4周：初步学习abaqus软件并在已有M2模型上进行模拟； 第5周第6周：具体学习abaqus模态分析模块，将书中的例子在软件上具体运行，并阅读有关模块分析方面的论文。

第7周第8周：在abaqus上运行M3模型，并进行相关模拟，并继续阅读模态分析的相关文献 第9周第10周：在abaqus上使用M3模型，获得头颈前后伸展屈曲模态和前外屈曲扩展模态，进行头颈部动态特性和损伤机理的分析第11周第12周：将研究结果与已有文献的研究成果进行对比，分析头颈模型阻尼因子的作用，并与实验结果进行了对比分析第13周第14周：整理研究材料，撰写设计说明书和研究论文。

4. 研究创新点

运用具有详细解剖学特征的头颈有限元模型，分析头颈在振动载荷下的动态特性，获得头颈系统结构的固有频率和模态振型研究头颈模型阻尼因子的作用，分析阻尼对系统动态特性的影响