年齡因素對(duì)行人下肢有限元建模及損傷的影響研究.pdf

1、行人直接暴露在交通環(huán)境中，是道路交通使用者中的弱勢(shì)群體，而行人下肢是最易受到傷害和致殘的部位之一。隨著人口老年化的增長(zhǎng)，老年人在交通事故中的比例逐年增加。然而，相對(duì)于50百分位成人，老年人在汽車(chē)碰撞事故中更易受到重傷和死亡。但是現(xiàn)有的行人保護(hù)法規(guī)和人體有限元模型等并沒(méi)有考慮到年齡多樣性的差別。因此，本文在文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)兩種代表年齡下肢有限元模型的建模方法以及損傷機(jī)理進(jìn)行研究。
　　本文首先研究并總結(jié)了年齡對(duì)骨骼、韌帶等生物材

2、料力學(xué)性能以及長(zhǎng)骨幾何結(jié)構(gòu)的影響，在此基礎(chǔ)上對(duì)GHBMC下肢有限元模型進(jìn)行改進(jìn)，包括模型的材料參數(shù)的調(diào)整，以及運(yùn)用網(wǎng)格變形技術(shù)對(duì)股骨、脛骨的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了縮放，從而建立了具有年齡特征的行人下肢有限元模型。然后根據(jù)生物力學(xué)試驗(yàn)，對(duì)下肢有限元模型進(jìn)行了長(zhǎng)骨三點(diǎn)彎曲、膝關(guān)節(jié)四點(diǎn)彎曲、整體下肢彎曲和剪切等驗(yàn)證仿真試驗(yàn)，從部件到組件驗(yàn)證了模型的有效性。最后，利用該模型對(duì)一例帶有下肢損傷的車(chē)—行人事故案例進(jìn)行了損傷重建，在重建的基礎(chǔ)上對(duì)比了兩種年齡下肢

3、模型的損傷情況。
　　研究結(jié)果表明，隨著成人年齡的增長(zhǎng)骨骼的強(qiáng)度逐漸下降，股骨和脛骨的耐受限度都呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，80歲老年人股骨和脛骨的耐受限度分別只有30歲年輕人的68.8％和74.1％。將年齡因素的影響納入下肢有限元模型的建模，將進(jìn)一步提高模型的生物逼真度。通過(guò)損傷重建表明，老年人下肢在事故中長(zhǎng)骨骨折的損傷風(fēng)險(xiǎn)比年輕人高，老年人股骨骨折時(shí)的von Mises等效應(yīng)力為100MPa，而年輕人骨折時(shí)的von Mises等效應(yīng)力約為