| 【中文题名】 | 三维人体颅脑有限元模型构建和颅脑正面碰撞分析 |
| 【英文题名】 | The Development of a Three-Dimensional Finite Element Model of the Human Brain and Frontal Impact Simulation and Analysis |
| 【学科专业】 | 机械设计及理论 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-12-28 |
| 【中关键词】 | 人体颅脑,螺旋CT,有限元,有限元模型,模拟碰撞,正面碰撞 |
| 【英关键词】 | cranium brain,spiral CT,finite element model,crash simulation,front collision, |
| 【分类导航】 | 医药、卫生>基础医学>医用一般科学>生物医学工程>> |
| 【论文摘要】 | 随着我国汽车拥有量的逐年增加，交通事故也在逐年上升。在交通事故中，颅脑损伤占相当大的比例(30％以上)。颅脑损伤的死亡率高，致残率高，其死亡率高达68％。它带给社会和家庭沉重的负担，给国民经济造成了巨大的损失。所以，模拟分析和研究碰撞的颅脑损伤问题，有助于提高汽车的开发和设计中安全性能，以期减少颅脑损伤的出现，具有重大的现实意义。
本文的主要工作如下：
1．在了解人体头部的组织结构、材料性能的基础上，根据文献资料，建立人体颅脑的数学模型。
2．应用人体头部的螺旋CT扫描图像，利用图形处理技术和三维重建技术，构建颅脑三维几何模型。
3．应用有限元网格划分技术，在有限元分析软件ANSYS的前处理模块中，建立了人体颅脑三维有限元模型。该模型包括大脑左右半脑、小脑、大脑镰、小脑幕、脑脊液等部分，共26260个节点，30837个单元。模型生物材料特性分别采用弹性和粘弹性模型描述。
4．在专业碰撞分析软件PAM-CRASH中，利用建成的颅脑三维有限元模型模拟正面颅脑碰撞过程，得到了碰撞过程的能量、速度、加速度、应力曲线和各个时刻的应力云图。
... |
| 【论文题纲】 |
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学位论文原创性声明 |
2 |
|
专利权声明 |
2 |
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学位论文版权使用授权书 |
2-6 |
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摘要 |
6-7 |
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ABSTRACT |
7-8 |
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1 绪论 |
8-15 |
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1.1 损伤生物力学与车辆安全研究的发展概况 |
8-11 |
|
1.2 头部损伤生物力学国内外研究背景 |
11 |
|
1.3 头部损伤的有限元仿真 |
11-12 |
|
1.4 有限元方法的概述 |
12-14 |
|
1.4.1 有限元的基本概念 |
12-13 |
|
1.4.2 有限元的建模过程 |
13-14 |
|
1.4.3 有限元建模的实质 |
14 |
|
1.5 论文选题背景及本论文所做的工作 |
14-15 |
|
2 人体头部解剖学组织结构 |
15-30 |
|
2.1 头皮 |
15 |
|
2.2 颅 |
15-19 |
|
2.2.1 颅的组成 |
15-16 |
|
2.2.2 颅的整体观 |
16-19 |
|
2.3 脑膜 |
19-20 |
|
2.3.1 硬膜 |
19-20 |
|
2.3.2 蛛网膜 |
20 |
|
2.3.3 软膜 |
20 |
|
2.4 脑脊液 |
20 |
|
2.5 脑组织 |
20-27 |
|
2.5.1 脑干 |
20-22 |
|
2.5.2 小脑 |
22-24 |
|
2.5.3 间脑 |
24-25 |
|
2.5.4 端脑 |
25-27 |
|
2.6 脑血管 |
27-30 |
|
2.6.1 脑的动脉 |
27-29 |
|
2.6.2 脑的静脉 |
29-30 |
|
3 人体头部数学模型 |
30-39 |
|
3.1 有限元素法的原理及其数学基础 |
30-39 |
|
3.1.1 有限元素法原理概述 |
30 |
|
3.1.2 有限元素法理论 |
30-34 |
|
3.1.3 非线性问题有限元分析 |
34-38 |
|
3.1.3.1 有限元求解方程及解法 |
34-36 |
|
3.1.3.1.1 有限元求解方程 |
34-36 |
|
3.1.3.1.2 方程解法 |
36 |
|
3.1.3.2 超弹性模型及其本构关系的推导 |
36-38 |
|
3.1.4 应用于碰撞的有限元理论 |
38-39 |
|
4 人体头部几何模型的构建过程 |
39-46 |
|
4.1 几何模型构建过程总述 |
39-40 |
|
4.2 几何模型构建过程 |
40-46 |
|
4.2.1 几何模型构建准备 |
40-41 |
|
4.2.1.1 CT图像扫描 |
40 |
|
4.2.1.2 图片保存 |
40-41 |
|
4.2.2 几何模型构建方法 |
41-46 |
|
4.2.2.1 软件自动识别边界方法 |
41-42 |
|
4.2.1.2 手工绘制边界方法 |
42-46 |
|
5 人体头部三维有限元模型构建过程 |
46-64 |
|
5.1 所选用软件概述 |
46-48 |
|
5.2 模型几何处理和修整 |
48-51 |
|
5.3 有限元模型构建过程 |
51-64 |
|
5.3.1 面构建过程 |
51 |
|
5.3.2 体构建过程 |
51 |
|
5.3.3 单元类型的选择 |
51-55 |
|
5.3.3.1 单元类型选择的概述 |
51-54 |
|
5.3.3.2 本模型中单元类型的选择过程 |
54-55 |
|
5.3.4 网格划分方式 |
55-56 |
|
5.3.5 划分网格 |
56-59 |
|
5.3.6 有限元模型修整过程 |
59 |
|
5.3.7 完成的各部分组织有限元模型 |
59-62 |
|
5.3.8 有限元模型导出过程 |
62-64 |
|
6 分析计算 |
64-83 |
|
6.1 分析软件及背景介绍 |
64 |
|
6.2 状态与参数设置 |
64-72 |
|
6.2.1 模型各部分材料属性参数设置 |
65-67 |
|
6.2.2 初速度参数设置 |
67-69 |
|
6.2.3 边界条件设置 |
69 |
|
6.2.4 定义接触面及接触参数设置 |
69-71 |
|
6.2.5 设置需要记录时间历程的节点和单元 |
71 |
|
6.2.6 时间步与状态步参数设置 |
71-72 |
|
6.2.6.1 时间步长的确定 |
71-72 |
|
6.2.6.2 参数设置 |
72 |
|
6.2.7 输出控制 |
72 |
|
6.3 分析计算 |
72-74 |
|
6.4 计算结果 |
74-81 |
|
6.4.1 碰撞系统的能量曲线 |
74-75 |
|
6.4.2 碰撞系统的速度曲线 |
75 |
|
6.4.3 碰撞系统的加速度曲线 |
75-76 |
|
6.4.4 碰撞系统的受力值曲线 |
76-77 |
|
6.4.5 碰撞系统的应力曲线 |
77-78 |
|
6.4.6 应力云图方式显示计算结果 |
78-81 |
|
6.5 结论 |
81-82 |
|
6.6 结果验证 |
82-83 |
|
7 结论与展望 |
83-84 |
|
致谢 |
84-85 |
|
攻读学位期间发表的论文 |
85-86 |
|
参考文献 |
86-90 |
|
| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.205032 |
