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无论战时或平时,颌面部火器伤研究始终是颌面部创伤研究中的重点问题。枪弹伤损伤过程的动态研究及生物力学分析一直是火器伤研究中的难点,由于以往对于枪弹伤损伤过程的研究大多是以尸体、动物或人工材料模型实验为主,难以精确分析枪弹伤的动态损伤过程并进行相关生物力学分析。有限元法(Finite Element Method, FEM)是当今工程分析中获得最广泛应用的数值计算方法,由于其通用性和有效性,并伴随着计算机科学和技术的快速发展,现已成为计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制作(CAM)的重要组成部分。本实验建立几何外形高度相似的猪下颌骨枪弹伤三维有限元模型,利用VPG、LS-DYNA、PREPOST软件动态仿真猪下颌骨枪弹伤致伤过程,部分仿真数据与动物实验结果相比较,探讨有限元法在颌面部火器伤动态模拟研究中的应用价值。方法:电脑模拟部分:将CT所获得的本地猪下颌骨DICOM数据通过MIMICS软件进行三维重建,然后利用ANSA软件划分网格建立猪下颌骨三维有限元模型,将三维有限元模型导入VPG软件中设置各项参数和边界条件,在LS-DYNA软件中计算7.62mm弹丸致伤过程,计算结果导入LS-PREPOST软件进行分析。动物实验部分:采用本地新鲜离体猪头10只(重5.7-6.2kg),固定于致伤架上,致伤瞄准点位于咬肌中点于下颌角骨面上的投射点,采用7.62mm弹丸垂直入射致伤,致伤时采用铜丝靶与六路瞬态测速仪记录并计算弹丸射入(V1)及射出速度(V2),计算其撞击能量E1= V102 m/2和致伤能量E2=(V12-V22) m/2,同时电脑显示并记录应变数值及曲线,伤后记录伤道情况。所得各项数据与有限元模型模拟结果相比较。结果:1.建立了几何外形高度相似的猪下颌骨枪弹伤三维有限元模型。下颌骨:四面体628465个,五面体2604个,六面体50833个,节点数322670;弹丸:四面体7053个,节点数3512。该模型网格质量高于以往文献报道的下颌骨有限元模型。2.成功仿真了7.62mm弹丸对猪下颌骨致伤的动态过程,模拟出骨渣飞溅和骨折线,入口处骨缺损直径为1.07cm,出口处骨缺损直径为2.73cm。3.通过材料属性、边界条件及载荷的引入和调整,成功的进行了有限元分析计算,获得了7.62mm弹丸侵彻猪下颌骨(下颌角部位)时应力云图、应变云图、应力—时间变化曲线、应变—时间变化曲线及不同位置应力、应变值等数据。4.成功记录猪下颌骨枪弹伤动物实验各项数据:入射速度、射出速度、致伤能量、出入口直径、应变曲线、伤道情况等。5.仿真数据与动物实验数据进行统计学分析,显示两者无统计学差异(P>0.05),模拟伤道及动态损伤过程与实际致伤结果近似。结论:1.运用MIMICS、ANSA软件建立猪下颌骨枪弹伤三维有限元模型,该方法较以往建模方法有较大的改进,明显提高了模型的力学相似性和几何相似性,具有较大的实用性和开发前景。2.运用VPG、LS-DYNA、LS-PREPOST软件能够逼真的模拟弹枪弹伤猪下颌骨动态损伤过程,伤道情况与动物实验相似。3.应用三维有限元法能够很好的进行枪弹伤生物力学研究,通过网格的划分、材料属性、约束条件及载荷的引入和调整,较准确的模拟了猪下颌骨枪弹伤应力、应变分布,所获得的计算结果,与动物实验数据及相关文献数据有较高的一致性,证明该建模方法及模拟分析方法的可行性和有效性。