车-人碰撞事故中行人胫骨撞击响应的二维数值分析

目的 基于两相多孔弹性胫骨模型,建立一种车-人碰撞事故中行人胫骨撞击响应的二维数值分析方法.方法 选用健康成年男性胫骨行CT分层扫描.结合数值插值方法获得胫骨的结构参数;在两相饱和多孔弹性理论的框架内,建立胫骨动力学控制方程组;采用自行开发的流-固耦合两相多孔介质有限元数值分析程序,数值模拟小汽车车头从侧向撞击行人下肢的动力学过程,并计算撞击载荷作用下0～200 ms内行人胫骨的动力学响应.结果 胫骨的弯曲变形主要集中在撞击载荷作用的区域;胫骨骨干上节点107处的侧向位移响应,约在75 ms时刻出现峰值位移(-6mm),对撞击载荷有明显的时间滞后;胫骨骨干上单元E77中心处的轴向应力响应,约在30 ms时刻出现峰值应力(140 MPa),对撞击载荷也有明显的时间滞后.结论 本研究所建立的对车-人碰撞事故中行人胫骨撞击响应的二维数值分析方法,能够近似地模拟胫骨撞击区的弯曲变形、侧向位移响应和轴向应力响应以及胫骨中骨髓流体组分对骨架固体组分动力学特性的影响.下一步研究将在现有初步结果的基础上提高胫骨动力学模型的生物仿真性.