腹部软组织在钝冲击下的力学响应

人体在交通事故和恐怖袭击等事件中常会因钝器冲击而受到损伤。腹部脏器因缺乏肋骨等硬组织的保护，往往损伤更加严重，因此对腹部采取必要的安全防护措施非常重要。有限元数值模拟可有效的预测腹部软组织在钝冲击下的力学响应，在安全防护优化设计方面发挥着不可估量的作用。但是数值模拟结果的有效性需要以准确可靠的材料本构模型为前提，而以往所用的腹部软组织材料模型往往是基于较低应变率条件下得到的，与实际的冲击条件不相适应。本项目采用申请者提出的软组织SHPB实验技术，可有效地测定腹部各种软组织材料在高应变率下的动态力学性能，进而提出能描述很宽应变率范围力学性能的率相关本构模型；编写用户自定义材料子程序，嵌入到相关的有限元商业软件中，进行钝冲击下腹部软组织体动态力学响应的数值模拟；开展重物撞击腹脏组织结构的实验研究，并对数值模拟结果进行验证。研究工作对于腹部安全防护优化设计具有重要意义。

人体在交通事故和恐怖袭击等事件中常会因钝器冲击而受到损伤。腹部组织器官在钝冲击下往往损伤更为严重，有限元数值模拟可有效的预测腹部软组织体在钝冲击下的力学响应，但有效的模拟结果需要准确的材料模型，以往的数值模拟中所用的腹部软组织材料模型往往是基于较低应变率条件下得到的，与实际的冲击条件不相适应，深入理解腹部软组织在冲击下的力学性能十分必要。. 本项目采用小传器的INSTRON实验机研究了腹部肌肉、肝脏组织和肾脏皮质组织的力学性能，分析了加载方向对肌肉、肝脏、肾脏力学性能的影响。解决了SHPB实验在进行软组织测试时遇到的一系列技术难题，得到了准确的腹部肌肉、肝脏、肾脏在高应变率下应力应变曲线,在很宽的应变率范围，这三种软组织都表现出应变率敏感性。发展了能够描述软组织在很宽应变率范围的率型本构模型，并开发了相应模型的ABAQUS软组织材料用户子程序(VUMAT),通过重构SHPB实验验证了模型的有效性。利用SHPB实验装置模拟腹部软组织结构受正面冲击时的情景，并研究其动力学响应。该研究工作对于腹部安全防护优化设计具有重要意义。