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3岁儿童C4-C5颈椎有限元建模方法研究被引量：2: 2016年; 使用缩放和非线性拟合的方法,获得了3岁儿童颈部材料参数;提出了一套儿童颈部韧带的力学特性缩放方法;开发了具有精确几何及解剖学结构的3岁儿童C4-C5颈椎段有限元模型,并在准静态、动态拉伸载荷下进行了验证.结果显示,准静态拉伸刚度为211.8N/mm,动态拉伸最终失效力为759.9N,最终失效位移为5.083mm,均与实验值吻合良好;动态拉伸力-位移曲线与实验曲线吻合较好.验证结果表明,本模型能够较准确地反映3岁儿童C4-C5颈椎段的准静态和动态拉伸力学特性,具有较高的生物逼真度.; 张冠军魏嵬曹立波王丹丹; 关键词：生物力学

皮质骨试样制备及其材料参数识别方法研究: 2017年; 有限元方法已经成为损伤生物力学研究的重要手段,准确的皮质骨材料本构参数对研究人体冲击损伤和人工骨骼等医学问题具有重要意义。基于长骨皮质骨的生理结构,提出批量制备高精度规则试样的加工方法,并开展准静态三点弯曲试验;采用基于梁理论和基于特定样本有限元模型优化反求两种方法,研究皮质骨材料的各向异性和区域差异,并通过线性回归分析建立两种识别方法所得材料参数的回归模型。制备横向和轴向试样各16个,所提出的试样制备方法能够保证试样间的尺寸偏差不超过4%,基于梁理论方法求得的新鲜牛股骨皮质骨轴向和横向试样的杨氏模量分别为(21.70±3.33)GPa和(14.47±2.10)GPa,极限应力分别为(249.21±38.83)MPa和(106.81±21.05)MPa,极限应变分别为1.95%±0.35%和1.06%±0.20%,与文献结果吻合。对利用优化方法和梁理论方法求得的杨氏模量、屈服应力和有效塑性应变进行线性回归分析,回归模型拟合精度分别为96.4%、98.7%和89.3%(P<0.05)。研究结果表明,所提出的试样制备方法能够高效地加工尺寸精度较高的规则试样,并良好地保持试样的生物力学特性。在皮质骨准静态三点弯曲试验中,基于特定样本有限元模型的材料参数反求方法能够识别更准确的材料本构参数,而基于梁理论识别参数的回归模型则能够快速准确地预测皮质骨的弹性模量、屈服应力和有效塑性应变。; 张冠军邓先攀杨洁翟乃川邓小朋曹立波; 关键词：皮质骨损伤生物力学

中国50^(th)人体小腿有限元模型多工况优化建模方法: 2017年; 人体下肢是交通事故中最易受伤的部位之一,下肢有限元模型则成为研究下肢损伤机理和防护方法的重要工具,而要保证模型生物逼真度则需开展多工况全面验证。人体模型验证所需的生物力学试验数据由于样本尺寸、材料等多样性造成力学响应存在差异,难于用一个模型同时满足多个试验数据。中国人体与欧美人体在几何尺寸上的差异会造成生物力学响应的不同,因此有必要开发中国人体的有限元模型。通过CT、MRI扫描建立小腿几何模型,利用由胫骨关键尺寸确定的缩放系数,将小腿几何模型缩放至中国50百分位人体小腿。同样采用缩放方法,将生物力学试验数据缩放至小腿尺寸所对应的生物力学响应数据,以解决试验样本几何差异的影响。以胫骨和腓骨的弹性模量、应力-应变曲线、失效应变以及肉体体积模量为设计变量,采用优化方法,同时拟合胫骨和腓骨在准静态、动态载荷下不同加载位置的生物力学响应,以及小腿动态载荷下不同加载位置的生物力学响应,解决试验样本多样性造成的模型验证难题。当胫骨和腓骨皮质骨弹性模量分别取18.43和18.23 GPa、失效应变分别取1.2%和0.8%、小腿肉体体积模量取11.33 MPa时,所建小腿模型能够较好地同时满足多组试验中样本的生物力学响应,表明基于优化的多工况人体模型验证方法能够使有限元模型获得较好的生物逼真度。; 张冠军王龙亮邓小朋杜现平官凤娇; 关键词：小腿有限元模型

行人膝关节韧带的建模及验证研究被引量：7: 2012年; 基于人体模型THUMS中的膝韧带模型,改进了材料参数和单元属性。采用近年较新的生物力学实验数据,逐个验证韧带模型在不同应变率下的生物逼真度。结果表明,膝韧带ACL、PCL、MCL和LCL在不同应变率下的拉力与位移关系曲线与试验结果吻合较好,说明模型具有较好的生物逼真度,能较准确地模拟韧带的损伤和拉伸响应。; 张冠军曹立波官凤娇张勇Yang King H.; 关键词：汽车与行人碰撞膝关节韧带有限元模型

基于汽车与行人碰撞载荷特点的下肢长骨建模被引量：7: 2011年; 基于THUMS(total human model for safety)下肢长骨有限元模型,在材料和单元属性等方面进行了改进.在详细分析行人下肢长骨载荷特点的基础上,采用多种不同载荷工况下较新的生物力学实验数据,对长骨模型进行了前-后和外-内加载方向的准静态三点弯曲验证,同时对近心端1/3处、中部和远心端1/3处加载的动态三点弯曲验证.验证结果表明,该模型具有较好的生物逼真度,能够准确地模拟行人下肢长骨的骨折及碰撞响应,可用于后续行人下肢模型的开发,并为行人下肢损伤机理和安全防护研究提供准确高效的研究手段.; 张冠军曹立波官凤娇孙光永Yang King H; 关键词：有限元模型下肢长骨汽车与行人碰撞

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中央高校基本科研业务费专项资金(531107040162)

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