基于3D主动肌肉下肢-盆骨模型的耦合股骨轴向力与弯矩指标的KTH损伤风险曲线研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51405150
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0507.机械仿生学与生物制造
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

According to accident statistical analysis, lower extremity injuries due to vehicle frontal crashes in the United States cause the loss over 7.5 billion U.S. dollars each year, of which the cost of Knee-Thigh-Hip (KTH) injuries account for approximately half. The indicators of femoral axial force for assessing KTH injuries currently used in vehicle crash safety regulations of China, Europe and United States have been widely questioned. Recent studies have proposed two basic assumptions as the basis to further explore the KTH injury tolerance: the effects of the muscle force, and the combined effects of the femoral axial force and bending moment. Therefore, based on these two assumptions, this study combines volunteer experiments and numerical simulations to study the KTH injury tolerance of passengers in the vehicle frontal crash. The study plan to couple a finite element model and a procedure controlling the muscle activation to establish a lower extremity-pelvis model with 3D active muscles, then combine with volunteer experimental data to reverse the muscle force. Taking these muscle forces as loading conditions to analyze the crack initiation of the KTH fracture in various frontal impact environments, and obtain the corresponding injury tolerance values. Finally, based on these injury tolerance values, using a mathematical model of coupling femur axial force and bending moment to establish a KTH injury risk curve, to provide a theoretical basis and reference for the establishment of vehicle crash safety regulations and the design of vehicle safety performance.
据交通事故数据统计分析,汽车前碰撞引起的下肢损伤在美国造成每年超过75亿美元的损失,其中由膝盖-大腿-髋(KTH)损伤所引起的费用约占一半。目前,中国及欧美汽车碰撞安全法规中用于评估KTH损伤的股骨轴向力指标已被广泛质疑。近期研究提出了两个基本假设作为进一步探索KTH损伤容限的基础:肌肉力影响,及股骨轴向力和弯矩的联合作用。因此,本研究便是基于这两个假设,结合志愿者实验和数值仿真,研究汽车前碰撞中乘员的KTH损伤容限。研究拟耦合有限元模型及肌肉激活控制程序建立3D主动肌肉下肢-盆骨模型,并结合志愿者实验数据反求肌肉力。以此肌肉力作用为加载条件,分析不同前碰撞环境中KTH的应力变化与骨折裂纹起始,并获取相应KTH损伤容限值。最后,基于这些损伤容限值,利用数学模型耦合股骨轴向力和弯矩作用建立KTH损伤风险曲线,为汽车碰撞安全法规的制定和汽车安全性的设计提供理论基础和参考依据。

结项摘要

据交通事故数据统计分析,汽车前碰撞引起的下肢损伤在美国造成每年超过75亿美元的损失,其中由膝盖-大腿-髋(KTH)损伤所引起的费用约占一半。本项目结合志愿者实验、汽车碰撞实验和数值仿真,深入分析真实汽车前碰撞加载环境中驾驶员紧急刹车时主动肌肉力影响下人体KTH的损伤机理与容限。研究耦合1D肌肉主动力单元、3D实体单元及1D非线性弹簧单元建立了骨骼肌的3D主动肌肉三元素有限元模型,并以此为基础建立了中国50百分位3D主动肌肉下肢-盆骨有限元模型,同时对其生物力学主被动特性进行了全面的验证。进一步,基于所开展的驾驶员紧急制动实验与汽车碰撞实验数据建立了汽车前碰撞真实加载环境的虚拟分析平台,从而基于该平台分析了刹车主动肌肉力作用下KTH的损伤机理与耐受限度。结果指出驾驶员主动肌肉力一定程度增加KTH损伤风险,KTH耐受限度受股骨轴向力与弯矩的共同作用影响。此外,所建立的人体-下肢盆骨生物力学模型与分析方法不仅可用于汽车安全性设计,也可用于人体下肢相关的医疗与辅助器械等的设计。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(3)
A Lower Limb-Pelvis Finite Element Model with 3D Active Muscles
具有 3D 活动肌肉的下肢-骨盆有限元模型
  • DOI:
    10.1007/s10439-017-1942-1
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    ANNALS OF BIOMEDICAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Mo, Fuhao;Li, Fan;Du, Xianping
  • 通讯作者:
    Du, Xianping
Incidences of various passenger vehicle front-end designs on pedestrian lower limb injuries
各种乘用车前端设计行人下肢损伤发生率
  • DOI:
    10.1080/13588265.2015.1012879
  • 发表时间:
    2015-02
  • 期刊:
    International Journal of Crashworthiness
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Fuhao MO;Arnoux Pierre Jean;Avalle Massimiliano;Scattina Aless;ro;Semino Elena;Masson Catherine
  • 通讯作者:
    Masson Catherine
Experimental and numerical investigations of strain rate effects on mechanical properties of LGFRP composite
应变率对 LGFRP 复合材料力学性能影响的实验和数值研究
  • DOI:
    10.1016/j.compositesb.2015.11.006
  • 发表时间:
    2016-03-01
  • 期刊:
    COMPOSITES PART B-ENGINEERING
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Duan, Shuyong;Mo, Fuhao;Peng, Yong
  • 通讯作者:
    Peng, Yong
纤维增强复合材料汽车保险杠防撞梁的轻量化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    玻璃钢/复合材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张海洋;莫富灏;肖志;李贝;段书用
  • 通讯作者:
    段书用
Design and analysis of integrated thermal protection system based on lightweight C/SiC pyramidal lattice core sandwich panel
基于轻质C/SiC金字塔晶格芯夹芯板的集成热防护系统设计与分析
  • DOI:
    10.1016/j.matdes.2016.09.021
  • 发表时间:
    2016-12
  • 期刊:
    Materials & Design
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Wei Kai;Cheng Xiangmeng;Mo Fuhao;Wen Weibin;Fang Daining
  • 通讯作者:
    Fang Daining

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其他文献

泡沫铝填充薄壁梁斜向碰撞的仿真研究
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    --
  • 作者:
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  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李凡
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杨济匡
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王彦科

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虚拟人在环的足踝外骨骼个性化助力机制与策略研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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