[发明专利]30°躯干角国人体征六岁儿童乘员有限元模型及其构建方法与应用

说明书

本发明公开了一种30°躯干角国人体征六岁儿童乘员有限元模型的构建方法，通过带有力学属性的单元和节点计算六岁儿童乘员在特定坐姿下的运动学参数以及应力应变分布状况，以此判断六岁儿童乘员损伤情况，为探究六岁儿童乘员不同坐姿的损伤机理以及儿童约束系统的保护效果提供了依据。本发明提出的30°躯干角国人体征六岁儿童乘员有限元模型构建方法及其应用丰富了六岁儿童乘员姿态，为进一步研究六岁儿童乘员损伤机理及安全约束系统适用性提供了技术支持。

技术领域

本发明属于计算机数值模拟和人体损伤生物力学研究技术领域，涉及一种30°躯干角国人体征六岁儿童乘员有限元模型的构建方法及其损伤机理研究方法。

背景技术

损伤机制是对导致人体机能损伤的原理和生理变化的描述，对损伤机制的研究是了解和学习损伤生物力学学科的基础。为了充分了解人体损伤机理，探究降低或消除可能对人体组织结构和功能造成损伤的方法，国内外学者对此进行了大量研究，常见的生物力学研究方法主要有尸体实验、假人模型和有限元模型等。由于社会伦理道德和法律法规的约束，对于尸体实验样本的获得十分困难，而且基本以成年人尸体为主，此外，儿童尸体实验已被大多数国家所禁止，同时，单个尸体实验数据并不具备普适性，且尸体各器官组织的力学特性取决于保存技术和死亡后存放时间，使得尸体实验存在一些局限性。假人模型是进行实车碰撞实验不可缺少的一部分，虽然其形状、尺寸和质量分布与人体高度一致，但只能在安装传感器的特定部位输出一些动力学参数，对于研究人体在交通事故中的损伤机理十分有限。随着计算机技术和有限元理论的不断发展，计算机仿真模型在汽车碰撞安全领域得到了广泛的应用，通过计算机模型来模拟碰撞过程，可以更好的展现人体响应和发生损伤的过程。

相较于成年人，儿童社会认知能力有限，当遇到突发事件时不能够及时做出有效的反应和判断，且儿童的骨骼还未完全发育成熟，因此，在交通事故中处于弱势群体，面临着很大的受伤风险。此外，目前各国交通安全法规中对儿童乘员损伤评价均基于儿童假人在标准姿势下的碰撞分析，但现实中儿童乘员比较活泼，存在非标准坐姿的情况，使得在发生碰撞时儿童损伤响应复杂多变。因此，通过对儿童乘员不同姿态的损伤机理及损伤响应分析，可为进一步优化设计儿童安全约束系统提供理论依据。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的是提供了一种30°躯干角国人体征六岁儿童乘员有限元模型的构建方法，在实现过程中，克服了具有详细解剖学结构的人体有限元模型坐姿角度单一且不可调整的问题，包括：

步骤A：对15°躯干角国人体征六岁儿童乘员有限元模型腹部进行调整；

所述对模型腹部进行调整的操作具体包括删除腹部脂肪和皮肤，打断腹部韧带和肌腱等；

步骤B：确定所述六岁儿童有限元模型下肢旋转中心及旋转轴，对模型下肢进行调整，包括以下子步骤：

步骤B1：将所述六岁儿童乘员有限模型髋臼内凹面所有节点进行显示，并沿髋臼内凹面曲度将所有节点连接，对其曲率进行测量比较，选择曲率变化最大的边界确定髋臼内凹面的中心；

步骤B2：将左右髋臼内凹面中心连线定义为所述六岁儿童有限元模型下肢的旋转轴，连线中点作为旋转中心，对六岁儿童有限元模型下肢进行旋转调整；

步骤C：继续调整上述六岁儿童乘员有限元模型的臀部肌肉，包括以下子步骤：

步骤C1：基于六岁儿童解剖学结构确定股方肌和臀大肌位置；

步骤C2：根据解剖学中臀大肌的位置，在HyperMesh中使用rotate指令对臀大肌旋转调整，直至符合解剖学结构；

步骤C3：根据股方肌的解剖学位置，通过translate和rotate指令对股方肌进行压缩、旋转，直至符合解剖学要求；

步骤C4：根据解剖学结构，使用ruled指令创建韧带将股方肌与骨盆、股骨连接，直至符合解剖学要求。