人體損傷
關注創建者：Hatty 創建時間：2018-03-30
人體損傷的實例教程
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。
展開 行業：高校/科研，汽車
挑戰：汽車碰撞仿真中的有限元人體模型的開發
Altair 解決方案：采用HyperMesh、HyperMorph和RADIOSS進行開發及驗證
優點“計算人體模型模擬，可以使評；估更加接近于現實，從而改進；工程設計，以防止車輛碰撞時造成的潛在人體損傷。
項目介紹
維克弗里斯特大學（Wake Forest University）是一所在生物醫學科學和生 物工程領域領先的研究型大學，為學生和教師提供了個人和專業成長的優異機 會。
該大學醫學院的損傷生物力學中心（CIB）研究汽車碰撞造成的損傷，更 加深入了解損傷人體的耐受性，幫助工程師制定更加健全的安全對策。自 2006 以來， CIB 的 Joel Stitzel 和 Scott Gayzik 博士一直是全球人體建模協會 （GHBMC）的主要研究人員，GHBMC是一個國際性的協會，包括汽車制造商、 供應商、研究型大學及政府機構，旨在提高碰撞仿真中人體建模技術。
挑戰
計算模型的建立是損傷生物力學和創傷研究的一個不斷增長的組成部分。 詳細的人體模型的數學建模，可以準確模擬人體在真實情境中的碰撞損傷情況， 有助于進行設計改進，以幫助防止發生潛在的人體受傷。開發詳細人體模型的 第一步是在數學上量化基本的人體器官、骨骼及身體的四肢這些會受創傷的部 分。由此產生的醫學圖像數據必須準確地代表了一系列的汽車乘員：成人（男 性和女性）、幼兒（3-6 歲）和嬰兒。其次，人體數據必須進行離散化，以產 生精確的一系列的有限元（FE）模型，這些不同的身體系統的有限元模型，集 成為整個人體模型。最后，整個人體模型必須在汽車碰撞模擬乘員和行人的影 響條件進行驗證。
展開 項目背景：
頜面部是人體的暴露部位，戰時防護薄弱，平時是暴力、自傷的重點部位，在全身各部位的火器傷中，頜面部火器傷占有較大比例。無論平戰時，頜面部火器傷創傷彈道學研究都是全身創傷彈道學研究中的重點問題之一。由于動物模型無法直觀動態地觀察到模型內部的致傷過程，加上頜面部解剖結構精細、組織器官生物力學性質相差大，無法采用人工材料進行模擬，所以頜面部火器傷的研究中，尚無可以用于致傷過程中生物力學機制研究的模型，這也是目前相關研究的瓶頸之一。
工況簡介：
咬肌外側施加爆破載荷，采用采用流固耦合的分析方法，下頜骨、外側咬肌和面部軟組織施加單元失效，空氣域施加無反射邊界。
結果動畫：
展開 受人類皮膚功能的啟發，包括通過電信號感應刺激和損傷指示的瘀傷，
最近，
香港中文大學（深圳）
朱世平加拿大工程院院士
/
張祺助理教授
團隊
合成了
一種離子傳導性和機械致變色有機水凝膠，并被證明是離子性皮膚（
I皮膚）。
由機械發色團交聯的膠束組成的凝膠具有機械堅固性，可拉伸性和變形持久性，并具有較小的滯后性，并且還顯示出良好的溶劑保留性。伸長和壓縮過程中相對電阻的變化表明靈敏度較高。
在大變形下觀察到從淺黃色到類似瘀青的藍紫色的光學變化。離子導電有機水凝膠（如I皮膚）通過模仿各種身體挫傷場景的動作附著在人體的不同部位，展示了
對機械刺激的成功感知和可視化。
該作品生動地展示了一種應變傳感器，具有可視化損傷和針對機械沖擊的損傷警告功能。
I形皮膚可以潛在地用于包括假肢設備，可穿戴電子設備和智能機器人的應用中。
相關論文以題為
Colorimetric Ionic Organohydrogels Mimicking Human Skin for Mechanical Stimuli Sensing and Injury Visualization
發表在《
ACS Appl. Mater. Interfaces
》上。
【主圖導讀】
圖
1.模仿皮膚的I皮膚的概念和設計。
（A）當真實皮膚受到機械沖擊時，會同時產生電信號和光信號。（B）通過顯示電學和光學變化感測機械刺激的I皮膚有機水凝膠的示意圖。NaCl，SP和EG分別用作電解質，機械生色團和助溶劑。
圖
2.
（A）溶脹率（質量），以及溶劑置換過程中凝膠的照片。（B）光引發劑，聚合后的水凝膠和溶脹的有機水凝膠的紫外可見光譜。
展開 計算結果表明，利用預緊器消除安全帶的初始松弛量，可顯著提高乘員的 Ride-down 效率，并有效降低人體損傷值；在預緊量相同的情況下，鎖扣預緊器的ridedown 能量效率優于卷收器預緊器。在實際的工程應用中，利用MADYMO 模擬可有效匹配約束系 統的設計參數，實現穩健可靠的乘員保護性能。
MADYMO安全帶建模及正面碰撞應用.doc
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結合人體組織損傷指標CEM43，評估局部設備熱安全問題。
電池模塊
TAITherm的電池模塊采用了熱/電耦合多物理場解決方案，用于純電動汽車和混合動力汽車電池熱管理設計。
TAITherm的電池模塊可快速分析電池充、放電過程中電池電壓和溫度場變化，評估電池包的散熱方案，預測電池壽命等。
當輻射劑量低于100毫西弗時，醫學上觀察不到對人體明顯的組織損傷；當劑量超過4000毫西弗時，有50%的死亡率；而當劑量超過6000毫西弗時，則可能致命。由于輻射能累積，所以人每年接受的輻射量不應超過1毫西弗，這樣人一生接受的輻射量就控制在100毫西弗之內。
然而輻射是無處不在的，人類的很多活動都會接觸輻射。
一氧化碳中毒會損傷人體中樞神經系統、呼吸系統、循環系統，產生頭痛、頭暈、失眠、視物模糊、耳鳴、惡心、嘔吐、全身乏力、心動過速、短暫昏厥等癥狀，嚴重時可導致昏迷和死亡。
一氧化碳中毒癥狀
一氧化碳中毒癥狀表現在以下幾個方面：
1.輕度中毒。患者可出現頭痛、頭暈、失眠、視物模糊、耳鳴、惡心、嘔吐、全身乏力、心動過速、短暫昏厥。血中碳氧血紅蛋白含量達10%～20%。
2.中度中毒。
酚類化合物是一種原型質毒物，所有生物活性體均能產生毒性，可通過與皮膚、粘膜的接觸不經肝臟解毒直接進入血液循環，致使細胞破壞并失去活力，也可通過口腔侵入人體，造成細胞損傷。高濃度的酚液能使蛋白質凝固，并能繼續向體內滲透，引起深部組織損傷，壞死乃至全身中毒，即使是低濃度的酚液也可使蛋白質變性。人如果長期飲用被酚污染的水能引起慢性中毒，出現貧血、頭昏、記憶力衰退以及各種神經系統的疾病，嚴重的會引起死亡。
毒性
當環境中臭氧濃度偏高時，又是一種環境污染氣體，它是溫室效應氣體之一，殺滅細菌的同時也對人體細胞構成損傷，在靜電區，打印機旁，都應注意通風，避免臭氧濃度過高引起的毒性效應。但臭氧消毒技術已廣泛用于水處理、空氣凈化、食品加工、醫療、醫藥、水產養殖等領域 。國內的臭氧技術逐漸的成熟，臭氧也慢慢被人們所熟知，由于它的消毒能力強從而代替了常規消毒被應用到各個領域。
次聲武器就是利用頻率低于20Hz的次聲波與人體發生共振，使共振的器官或部位發生位移和變形而造成人體損傷以至死亡的一種武器。有關部門已經做出相應規定：要求手工操作的各類機械頻率必須大于20Hz。
2.人體對振動的反應
人體對振動的敏感程度和工作方式也有很大的關系。如操作者通過他的手施加在工具或者工件上的力的大小和方向，人體暴露在振動中的面積和位置等。
后續將借鑒乘用車相關領域的研究成果進展，根據自動配送車的外形特點對評測方法進行調整，開展胸部損傷的研究分析，完善自動配送車人車碰撞過程中行人人體主要損傷部位評測的范圍。
現行法規均選取子系統沖擊模塊方案，包括標準的成人和兒童頭部模塊、上腿型模塊和下腿型模塊代替整個人體的模型對車輛展開行人保護性能評測，各模塊分別以特定的角度和速度沖擊車輛，通過模塊內置測量裝置獲取動態沖擊響應數值，進而處理得到人體損傷響應結果。
6
大地地線EGND
人體的安全電壓是在36V以下，超過36V的電壓如果施加在人體身上，會導致人體受到損傷，這是工程師在開發設計電路項目方案的一個安全常識。
為了增強電路的安全系數，工程師一般在高壓大電流的項目中使用大地的地線EGND，例如在家用電器電風扇、電冰箱、電視機等電路中。
6 大地地線EGND
人體的安全電壓是在36V以下，超過36V的電壓如果施加在人體身上，會導致人體受到損傷，這是工程師在開發設計電路項目方案的一個安全常識。
為了增強電路的安全系數，工程師一般在高壓大電流的項目中使用大地的地線EGND，例如在家用電器電風扇、電冰箱、電視機等電路中。具有大地地線EGND保護功能的插座。
家用電器的插座，為什么是3個接線端子？
