胸部鈍性彈道沖擊致間接腦損傷的力學(xué)響應(yīng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、鈍性彈道沖擊是指槍彈、破片等投射物直接或間接擊中目標(biāo)但未穿入的現(xiàn)象。在局部沖突和反恐平暴行動(dòng)中，人員防護(hù)裝備的應(yīng)用已十分普及，投射物擊中防彈衣產(chǎn)生的胸部鈍性彈道沖擊所導(dǎo)致的BABT(Behind Armor Blunt Trauma，防彈衣后鈍性傷)發(fā)生率不斷增高。研究發(fā)現(xiàn)，胸部鈍性彈道沖擊不僅造成胸部組織器官嚴(yán)重鈍性損傷，還能導(dǎo)致間接腦損傷，胸部力學(xué)載荷在體內(nèi)傳播是引起間接腦損傷的重要因素之一。胸部與腦部之間存在三條能夠產(chǎn)生力學(xué)傳導(dǎo)的

2、途徑，即:血管/血液途徑、椎骨途徑和皮下組織途徑，其中血管/血液途徑是最直接的傳導(dǎo)路徑。但迄今對(duì)于胸部力學(xué)載荷向腦部傳導(dǎo)的具體路徑、以及傳導(dǎo)路徑上的力學(xué)響應(yīng)特點(diǎn)尚不清楚。胸腔臟器、上腔血管力學(xué)響應(yīng)參數(shù)的獲取是胸部鈍性彈道沖擊損傷研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)，針對(duì)活體動(dòng)物力學(xué)測(cè)試創(chuàng)傷大、獲得數(shù)據(jù)有限、結(jié)果一致性差等局限，本研究采用計(jì)算機(jī)建模和數(shù)值仿真技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建人體胸部和局部血管網(wǎng)絡(luò)有限元模型，對(duì)胸部鈍性彈道沖擊產(chǎn)生的心腔內(nèi)應(yīng)力分布及心血管管路內(nèi)壓

3、力響應(yīng)特點(diǎn)開(kāi)展研究，為闡明胸部鈍性彈道沖擊致間接腦損傷的力學(xué)響應(yīng)特征提供一種數(shù)值方法，為血管/血液途徑致間接腦損傷的理論提供依據(jù)。
　　本課題基于CVH(Chinese Visible Human，中國(guó)可視化人體)數(shù)據(jù)集，利用MIMICS、Geomagic、HyperMesh等軟件建立人體胸部三維有限元模型和局部血管網(wǎng)絡(luò)三維有限元模型;在ANSYS/LS-DYNA環(huán)境中對(duì)5.56mm步槍彈以910m/s撞擊防彈衣后人體胸部的動(dòng)力學(xué)

4、響應(yīng)過(guò)程以及壓力波沿心血管管路的傳播過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬;通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)所建模型和數(shù)值模擬結(jié)果的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)。
　　論文的主要工作和結(jié)論包括以下幾個(gè)方面:
　　1、構(gòu)建了人體胸部三維有限元模型，該模型包含胸部皮膚、肌肉、骨骼（含胸骨、軟骨、肋骨、脊柱）、肺臟、心臟及周邊結(jié)構(gòu)（含心肌、左心室、左心房、右心室、右心房、升主動(dòng)脈、上腔靜脈和下腔靜脈），滿足胸部鈍性彈道沖擊過(guò)程的力學(xué)響應(yīng)計(jì)算需要。
　　2、在人體胸部有限元模型基

5、礎(chǔ)上疊加復(fù)合防彈板和5.56mm步槍彈模型，形成胸部鈍性彈道沖擊計(jì)算模型，對(duì)胸部鈍性彈道沖擊的力學(xué)響應(yīng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到心腔內(nèi)應(yīng)力分布以及升主動(dòng)脈、上腔靜脈與心臟連接口處的壓力響應(yīng)。
　　3、建立了人體上腔局部血管網(wǎng)絡(luò)三維有限元模型（含升主動(dòng)脈、主動(dòng)脈弓、頸總動(dòng)脈、鎖骨下動(dòng)脈、頸內(nèi)動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈），以升主動(dòng)脈入口處壓力波為輸入載荷，對(duì)鈍性彈道沖擊在心血管管路中產(chǎn)生的壓力波傳播過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到與腦血管相連的左、右頸內(nèi)動(dòng)脈