车辆受到撞击时,乘客的骨盆是最脆弱的器官之一。致命的交通事故中,骨盆受损占了很大一部分,这是由于乘客和被撞的门之间距离很近。最近,汽车工业非常重视车辆受到侧面撞击时对乘客的保护。在中国和美国等其他发达国家,骨盆骨折问题影响着社会、经济、人类生活和高死亡率,是一个不可忽视的问题。因此,设计并建立一种冲击式骨盆复合系统的动力学模型是十分必要的,该模型响应时间短,精度和灵活性高,可用于模拟骨盆复合物在侧冲击载荷下的生物力学响应。目前对侧撞击时骨盆受压(PC)的认识还不够深入,大多是基于临床病例和解剖学研究的统计分析,而非生物力学研究。此外,之前的骨盆模型的开发大多被过度简化。以前的模型包括骨、韧带、软骨等材料,但包裹在骨周围的肌肉,皮肤和脂肪组织对骨盆在冲击载荷下的动态响应特性有很大影响,并没有考虑在内。因此,有必要考虑盆腔模型的软组织。在这种情况下,我们提出了从生物力学角度研究骨盆侧向冲击下的力学性能,试图提供相关的骨盆撞击的动态模型,用于预测骨盆压缩,骨盆冲击力,和不同的材料和厚度下骨盆保护效果。主要研究内容如下:1.从计算机断层扫描(CT)图像数据中提取女性志愿者的骨盆骨骼和皮肤外轮廓信息。然后,根据所构建的轮廓和结构的解剖特征,利用逆向工程技术建立骨盆股骨软组织复合体的几何形状,并在Hypermesh软件中建立骨盆复合体的有限元模型。骨盆复合体三维有限元(FE)模型中骨的力学参数是根据骨密度赋值的,以获得侧向冲击下逼真的生物力学响应。在ABAQUS软件前处理模块中把骨盆有限元模型转化为MSC-ADAMS柔性体(MNF文件),为导入MSC-ADAMS软件进行动态分析做准备。在MSC-ADAMS软件中建立骨盆侧向冲击系统动力学模型,并完成骨盆复合体模型与侧向冲击系统的耦合。2.通过把相同冲击和约束条件下的模拟结果与文献报道的实验结果比较,验证了骨盆复合体和骨盆侧向冲击系统动态模型的正确性。最大冲击力出现时间接近文献报道数据。高压缩应变区域与文献报道的骨折位置匹配,且体现整个模型响应的生物力学指标,如最大压缩,冲击力和冲击峰值时间均接近文献报道的平均值并在实际的最大值和最小值之间。因此,该模型可用于研究侧冲击下骨盆损伤。由于骨盆变形体结构和材料特性比较复杂,利用有限元模型进行动力学分析往往花费较长时间计算,而同等硬件平台下在MSC-ADAMS软件中进行骨盆冲击模拟计算,需要的时间不超过15分钟,大大节约计算成本的同时可以获得冲击力、压缩比等重要动态响应参数。3.研究了不同冲击速度下骨盆复合体的动力学响应特性。在典型的侧向撞击下,骨盆变形受到骨盆与撞击器之间的第一加速度影响。骨盆与侧方支撑受到第二减速度的影响。动态模型分析表明,骨盆损伤的风险随着冲击力增加而增加。随着峰值冲击力线性增加,最大压缩比呈指数增加。5.5m/s冲击速度下,冲击力达到峰值时,骨折发生。此外,在冲击力最高时,最大压缩比增加到32%,时间缩短到24.28ms。4.这项研究的另一个目的是研究髋关节保护器的有效性。在冲击速度为4m/s时,各种髋保护器使力衰减的范围介于10.7%和40.6%之间。硬/软材料组合型(髋保护D型)髋关节保护器在所有冲击速度下提供了更大的力衰减,软材料(髋关节保护B型)髋关节保护提供了较低的力衰减,同时表现出更长的持续力衰减时间,基于分析结果探讨了侧向冲击的保护机理。本文所建骨盆复合体数值模型能够逼真模拟骨盆的动力学响应特性,研究结果可为深入理解骨盆侧向冲击下得损伤机理提供理论依据,为骨盆侧向冲击保护器的设计提供指导。此外,侧向冲击系统动力学数值模型还可以用于研究人体的其他器官,如胸部和小腿等在侧向冲击下的生物力学响应。