吉林大学学报(工学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (2): 398-406.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20161364

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钝性碰撞中人体肝脏生物力学响应数值分析

陈吉清1, 2, 杜天亚1, 2, 兰凤崇1, 2   

  1. 1.华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510640;
    2. 华南理工大学 广东省汽车工程重点实验室,广州 510640
  • 收稿日期:2016-12-15 出版日期:2018-03-01 发布日期:2018-03-01
  • 通讯作者: 兰凤崇(1959-),男,教授,博士生导师. 研究方向:车身结构与安全. E-mail:fclan@scut.edu.cn
  • 作者简介:陈吉清(1966-),女,教授,博士生导师. 研究方向:车身结构与安全. E-mail:chjq@scut.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51375170,51775193); 粤港合作项目(2016A050503021); 广东省自然科学基金项目(2015A030313213); 广东省科技计划项目(2015B101037002)

Numerical analysis of human liver biomechanical response to blunt impacts

CHEN Ji-qing1, 2, DU Tian-ya1, 2, LAN Feng-chong1, 2   

  1. 1.School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640,China;
    2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640,China
  • Received:2016-12-15 Online:2018-03-01 Published:2018-03-01

摘要: 交通事故导致的肝脏损伤是最常见也是致死率最高的损伤类型之一。为了深入分析钝性碰撞中肝脏生物力学响应及相关物理参数,基于具有中国五十百分位男性尺寸的CT建立了具有较高仿真度的肝脏模型,并在满足精度条件下,在肝脏周围建立了简化的内脏器官模型,与自主研发验证的头颈部、胸廓和四肢有限元模型相结合,形成一个完整的人体坐姿有限元模型。参考经典胸腹部钝性撞击试验,分别进行了正面、左斜侧、右斜侧方向上低速(3.8~4.0 m/s)、中速(5.2~5.5 m/s)、高速(6.7~7.33 m/s)等共10组仿真计算,得到了肝脏动力学响应和损伤风险较高位置的压力分布特点。同时研究了不同碰撞方向对肝脏力学响应结果与胸部响应指标相关性的影响,结果表明,各胸部响应指标与肝脏损伤程度(用应力、应变峰值表示)的相关性随加载条件的差异而发生变化,采用单一胸部响应指标预测所有加载工况下肝脏损伤情况的做法是值得商榷的。

关键词: 车辆工程, 肝脏损伤, 生物力学, 胸部响应, 钝性碰撞

Abstract: Hepatic trauma induced in traffic accidents is one of the most common injury patterns, causing high fatality rate. Human liver biomechanical responses associated with frontal impacts, oblique impacts were studied using simplified Chinese human body Finite Element Model (FEM), assembling with more geometrical-accurate liver model and an average Chinese adult male model from high resolution CT data. The model was than applied for studying liver dynamic response and injuries in frontal and oblique pendulum impact simulations at low, middle and high velocities. Analysis of dynamic response and pressure distribution with high injury risk on liver was performed. Pressure and peak strain that may induce hepatic injuries were computed from the model simulations and were analyzed about the correlation with global parameters, such as thoracic deflection, viscous criterion value, contact force. It indicates that using single variable representing liver response is questionable under different loading boundaries.

Key words: vehicle engineering, liver injury, biomechanics, thoracic response, blunt impacts

中图分类号: 

  • U461.91
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