吉林大学学报(工学版) ›› 2011, Vol. 41 ›› Issue (01): 6-0011.

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汽车-行人碰撞中人体下肢骨折的有限元分析

韩勇1,杨济匡1,2,李凡1,刘凯扬1   

  1. 1.湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室|长沙410082;2.查尔摩斯大学 应用力学系|瑞典 哥德堡41296
  • 收稿日期:2009-03-03 出版日期:2011-01-01 发布日期:2011-01-01
  • 通讯作者: 杨济匡(1948-),男,教授,博士生导师.研究方向:损伤生物力学与汽车碰撞安全. E-mail:jikuangyang@hnu.cn E-mail:E-mail:jikuangyang@hnu.cn;E-mail:hyong08@gmail.com
  • 作者简介:韩勇(1984-)|男|博士研究生.研究方向:汽车碰撞安全与行人下肢生物力学.E-mail:hyong08@gmail.com
  • 基金资助:

    教育部高等学校学科创新引智计划项目(111211);“863”国家高技术研究发展计划项目(2006AA110101);通用汽车研究与发展中心项目(GMRD209);湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研究项目(60870004)

Finite element analysis of lower extremity fractures in vehiclepedestrian collision

HAN Yong1, YANG Jikuang1, 2, LI  Fan1, LIU Kaiyang1   

  1. 1.State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body, Hunan University, Changsha 410082, China|2. Department of Applied Mechanics, Chalmers University of Technology, Gothenburg 41296, Sweden
  • Received:2009-03-03 Online:2011-01-01 Published:2011-01-01

摘要:

改进了人体下肢有限元模型,这个模型包括骨盆、股骨、髌骨、胫骨、腓骨、足骨,以及主要的肌腱、膝关节囊、半月板和韧带。整个模型采用实体单元,壳单元和线性弹簧阻尼单元模拟骨骼和软组织。比较实验与仿真中下肢的动力学响应参数与损伤分布, 仿真模型的动力学响应参数与损伤分布与实验吻合较好。应用多体动力学系统(MBS)与已验证的下肢模型对真实的汽车与行人碰撞事故进行多刚体系统及损伤重建,结果表明:本文提出的人体下肢模型具有较好的生物逼真度和生物力学响应,可应用于人体下肢损伤机理及开发损伤防护设施的研究。

关键词: 车辆工程, 有限元模型, 下肢损伤, 损伤机理, 车辆-行人事故

Abstract:

A finite element model of the human lower extremity was improved based on the geometry of human skeleton anatomy. The model consists of the pelvis, the femur, the patella, the tibia, the fibula, the foot bones, the primary tendons, the knee joint capsule, the meniscus and ligaments. In the model the bones and soft tissues were simulated by the solid element, the shell element, and the linear springdamper element. The comparison of the model simulated dynamic response parameters and injury distribution of the human lower extremity with the shearingbending cadaver tests described in literature proved the validity of the model. The validated human lower extremity model and an existing pedestrian multibody model were used to reconstruct the multibody system and its injuries in the realworld vehiclepedestrian collision accident, and the results show that the proposed model is characterized by better biofidelity and biomechanical response than the existing one, being helpful to the study of lower extremity injuries and the development of injury protection devices.

Key words: vehicle engineering, finite element model, lower extremity injury, injury mechanism, vehicle-pedestrian accident

中图分类号: 

  • U461.91
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