复合防弹衣非贯穿性破坏下人体胸腔力学响应研究

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防弹衣是防护装备的一种,对防止外界杀伤元损伤身体,免遭倾侧性,贯穿性和致命性的伤害起着重要作用,但仍然避免不了间接性损伤,即非贯穿性损伤。文章通过有限元前处理软件Hypermesh建立了7.62mm手枪弹、陶瓷复合防弹衣及人体胸腔部分组织结构(包括胸骨、心脏、肺脏)的复合模型,并对模型进行合理简化、网格划分以及材料设定,最终完成手枪弹钝击防弹衣后人体胸腔组织的力学效应研究。通过研究手枪弹单独侵彻复合防弹衣的仿真过程,揭示了陶瓷复合防弹衣的防弹机理,以及陶瓷靶板与PE靶板相互作用的协同机理,并得出枪弹在侵彻复合防弹衣过程中弹丸的速度、加速度和能量的变化规律。文章利用医学软件Mimics20.0对人体胸腔CT扫描数据进行三维重建,并研究胸腔结构组织(包括胸骨、心脏、肺脏),并进行合理简化,通过有限元仿真研究胸骨、心脏和肺脏的力学响应,最终得出胸腔各组织加速度以及压力的变化曲线。通过赋予弹丸不同的初速度(包括360m/s、420m/s、450m/s)对胸腔部分组织的受力情况进行分析研究,得出胸腔部分组织在不同速度条件下的加速度和应力的变化曲线,同时对复合防弹衣的防弹效果和人体胸腔受力情况进行了分析评价。揭示了防弹衣、人体胸骨、心脏与肺脏的加速度和压力的演化规律,为研究非贯穿性损伤机理,以及防护装备的防护性能提供理论模型。
摘要第4-5页
abstract第5页
1 绪论第10-16页
    1.1 选题依据和背景情况第10-12页
    1.2 国内外研究现状、发展动态第12-14页
        1.2.1 国外研究动态第12-13页
        1.2.2 国内研究动态第13-14页
    1.3 研究目的和应用价值第14-15页
    1.4 主要研究内容第15-16页
2 手枪弹与复合防弹衣模型建立第16-22页
    2.1 手枪弹三维模型的建立第16-17页
    2.2 手枪弹材料模型第17-18页
    2.3 复合防弹衣模型的建立第18-20页
        2.3.1 复合防弹衣模型建立第18-19页
        2.3.3 复合防弹衣各层厚度的确立第19-20页
    2.4 复合防弹衣材料模型第20-22页
        2.4.1 陶瓷材料靶板模型第20页
        2.4.2 PE背板材料模型第20-21页
        2.4.3 软质材料模型第21-22页
3 手枪弹侵彻复合防弹衣的数值分析第22-28页
    3.1 复合防弹衣防弹机理第22-23页
        3.1.1 陶瓷破碎机理第22页
        3.1.2 陶瓷面板与PE背板协同作用第22-23页
        3.1.3 凯夫拉软质防弹机理第23页
    3.2 手枪弹对复合防弹衣的侵彻过程分析第23-25页
    3.3 弹丸侵彻规律分析第25-28页
4 人体胸腔有限元模型第28-39页
    4.1 Mimics软件介绍第28页
    4.2 人体解剖学姿势第28-30页
    4.3 人体胸部生理结构第30页
    4.4 构建人体胸部模型第30-33页
    4.5 模型的简化第33-34页
    4.6 人体胸部材料模型第34-36页
        4.6.1 胸廓骨质材料模型第34页
        4.6.2 心肺材料模型第34-36页
    4.7 人体胸部非贯穿性损伤机理第36-37页
    4.8 人体胸部伤害评价第37-39页
5 手枪弹冲击防弹衣后人体胸腔的力学响应分析第39-60页
    5.1 胸骨力学特性分析第39-41页
    5.2 手枪弹侵彻穿有复合防弹衣后人体胸骨数值模拟第41-43页
        5.2.1 手枪弹侵彻防弹衣后人体胸骨的简化模型第41-42页
        5.2.2 接触设置第42页
        5.2.3 模型沙漏控制第42页
        5.2.4 确定边界条件第42-43页
    5.3 手枪弹侵彻穿有复合防弹衣后人体胸骨数值模拟结果分析第43-49页
        5.3.1 数值仿真过程第43-44页
        5.3.2 应力变化过程第44-46页
        5.3.3 数值结果分析第46-49页
    5.4 手枪弹侵彻穿有复合防弹衣后人体心、肺数值模拟第49-53页
        5.4.1 手枪弹侵彻防弹衣后人体心肺的数值模拟第49-52页
        5.4.2 手枪弹侵彻防弹衣后人体心肺模拟结果分析第52-53页
    5.5 420 m/s与450m/s的手枪弹侵彻穿有复合防弹衣后人体胸腔数值模拟第53-59页
        5.5.1 手枪弹以420m/s速度侵彻穿有复合防弹衣后人体胸腔数值模拟结果分析第53-55页
        5.5.2 手枪弹以450m/s速度侵彻穿有复合防弹衣后人体胸腔数值模拟结果分析第55-58页
        5.5.3 不同速度下仿真结果及仿真比对第58-59页
    5.6 本章小结第59-60页
6 总结第60-61页
参考文献第61-66页
附录第66-67页
    攻读硕士学位期间发表学术论文情况第66-67页
致谢第67-68页
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