利用有限元前處理軟件Hypermesh對胸腹部骨骼、肝臟及城市道路護欄幾何模型進行網格劃分，利用LS-DYNA開發的有限元前處理軟件LS-PrePost進行模型的屬性、材料、關鍵字及速度設置。碰撞貫穿有限元模型如圖4所示。

為了提高計算效率和精度，薄壁長桿的網格與胸腹部接觸較近區域采用局部加密的方法。城市道路護欄簡化為薄壁長桿，薄壁長桿的單元類型為SectShll，肝臟和胸腹部骨骼的單元類型均為SectSld。薄壁長桿與胸腹部骨骼的網格單元采用八節點六面體，由于肝臟幾何模型不規則，所以肝臟的網格單元采用四節點四面體，以更好表現出肝臟的實際形狀。薄壁長桿與肝臟以及胸腹部骨骼與肝臟之間的接觸方式均采用ERODING_SURFACE_TO_SURFACE，胸腹部骨骼之間的接觸方式采用SingeSurface定義其自接觸。靜摩擦系數與動摩擦系數均設定為0.2。

薄壁長桿侵徹肝臟及胸腹部骨骼模型包括156109個節點、8800個殼單元、138027個體單元。參考人體醫學解剖結構連接胸骨和肋骨、肋骨和肋骨模型，采用共節點連接模擬，采用剛性連接肋骨和脊椎模型進行模擬。

Ls-Dyna仿真中定義薄壁長桿的X-Velocity為60 km/h。模擬時間為8ms，仿真過程取四個關鍵性時刻進行分析，包括(a)起始時刻；(b)接觸肝臟時刻；(c)接觸胸后肋骨時刻；(d)侵徹貫穿整個肝臟及胸腹部骨骼時刻，如圖6所示，模擬時間為8ms。圖為薄壁長桿在0ms，0.5ms，4.5ms，6ms時碰撞肝臟及胸腹部骨骼時刻狀態以及時刻應力圖。

0-0.5ms時穿透部位的肋骨發生斷裂，肝臟開始被薄壁長桿穿透，如圖（b）所示。4.5ms時，腹部背面肋骨被護欄長桿碰撞沖擊，薄壁長桿基本貫穿胸腹部，肝臟遭到侵徹，并被擠壓穿透。4.5ms-6ms時胸腹部后肋骨斷裂，薄壁長桿完全貫穿胸腹部并裸露在人體外，肝臟遭到完全性侵徹，并被薄壁長桿擠壓發生移位。

 損傷機理

1  直接損傷

當城市道路護欄沿著其運動的方向前進穿透肝臟時，護欄長桿直接破壞肝臟內部組織，造成肝臟的貫穿損傷。為了提高本貫穿模型的可視化，本研究視汽車與薄壁長桿為一個獨立的系統，忽略其他微小的能量損失。根據機械能守恒定律，汽車碰撞城市道路護欄前的自身動能轉變為薄壁長桿作用于肝臟及胸腹部骨骼的作用力與該力的作用距離的乘積。薄壁長桿的動能主要消耗在對肝臟和胸腹部骨骼的直接損傷作用上。它作用于折斷胸腹部前后肋骨與刺穿肝臟及損壞通道周圍的組織和內臟等，對其造成直接損傷。

2  間接損傷

在護欄的薄壁長桿以一定的速度貫穿乘員的肝臟及胸腹部骨骼過程中，其本身具備很大能量。首先，碰撞產生的壓力波的傳遞效應可通過能量傳遞的方式將其傳導給肝臟、胸骨骼、軟組織和其他薄壁長桿周圍的組織，造成鄰近器官的損傷。其次，由于肝臟等胸腹部器官組織通過肌肉組織、血管等互相連接，彼此之間存在粘連力，當肝臟被城市道路護欄刺穿時，肝臟在胸腹部發生相對位移，隨后肝臟周圍的組織會迅速的發生相對運動，從而產生二次間接損傷。