张冠军 王龙亮 邓小朋 杜现平 官凤娇

1(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙 410082)2(国防科学技术大学装备综合保障技术重点实验室, 长沙 410073)

中国50th人体小腿有限元模型多工况优化建模方法

张冠军1王龙亮1邓小朋1杜现平1官凤娇2*

1(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙 410082)2(国防科学技术大学装备综合保障技术重点实验室, 长沙 410073)

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。……