[發明專利]六歲兒童乘員的有限元模型的構建方法及系統、兒童約束系統評價方法及系統

在審

• 申請號: 201911146458.7
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110955992A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 李海巖;呂文樂;李健;賀麗娟;崔世海;阮世捷
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務所 31319
• 代理人: 陳艷娟

1.一種六歲兒童乘員的有限元模型的構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A：通過幾何重構構建六歲兒童幾何模型；

步驟B：調整所述六歲兒童幾何模型獲得坐姿幾何模型；

步驟C：調整所述六歲兒童幾何模型的脊柱生理曲度，包括以下子步驟：

步驟C1：通過參照標準的坐姿脊柱圖片，在每個椎體的前半部分中間位置取描點，用樣條曲線對所述描點進行連接，獲取所述標準的坐姿脊柱圖片的脊柱生理曲線；所述標準的坐姿脊柱曲線是指符合兒童解剖學中的兒童脊柱彎曲角度的脊柱曲線；

步驟C2：調整所述標準坐姿的脊柱生理曲線，得到六歲兒童的脊柱生理曲線；

步驟C3：根據所述六歲兒童的脊柱生理曲線，調整所述六歲兒童幾何模型的脊柱生理曲度；

步驟C4：胸部其他部位的調整；

步驟D：對六歲兒童乘員的幾何模型進行網格劃分并構建得到六歲兒童乘員的有限元模型。

2.如權利要求1所述的六歲兒童乘員的有限元模型的構建方法，其特征在于，步驟B中，調整所述六歲兒童幾何模型的坐姿的方法為：將通過所述六歲兒童幾何模型的肘關節、肩關節、髖關節、膝關節、踝關節處的旋轉中心的水平軸線定義為旋轉軸；對小手臂、上肢、軀干、下肢、小腿、腳部分的幾何模型進行旋轉，使其基本符合人體坐姿控制角度；然后對肘關節、肩關節、髖關節、膝關節、踝關節處的肌肉、皮膚等幾何模型進行調整，使得關節處的結構符合人體坐姿解剖學特點，得到所述六歲兒童乘員的幾何模型；其中，人體坐姿的參數為：跨點到踵點的垂直距離Hz為127～405mm，背靠角β為20°～75°，軀干與大腿夾角γ為90°～115°，腳角α為95°～130°，膝角δ為90°～145°。

3.如權利要求1所述的六歲兒童乘員的有限元模型的構建方法，其特征在于，步驟C2包括：

步驟C21：通過步驟B調整得到坐姿幾何模型中的脊柱模型，以脊柱的骶骨前半部分中點為第一參考點，將所述標準坐姿的脊柱生理曲線平移到所述脊柱模型上；

步驟C22：根據所述第一參考點將所述標準坐姿的脊柱生理曲線縮放到與所述脊柱模型相同的大小；

步驟C23：定義寰椎前結節中心為第二參考點，通過所述第一參考點、所述第二參考點及所述標準坐姿的脊柱生理曲線上下端點分別形成兩條直線，測量獲得直線間角度；

步驟C24：根據參考點及所述脊柱模型，將縮放后的脊柱生理曲線繞順時針方向旋轉，使調整后的脊柱生理曲線上端點與所述第二參考點重合，得到所述六歲兒童的脊柱生理曲度。

4.如權利要求3所述的六歲兒童乘員的有限元模型的構建方法，其特征在于，步驟C21中，通過對六歲兒童躺姿CT掃描圖像提取的脊柱幾何模型以脊柱的骶骨前半部分中點為中心繞逆時針方向旋轉70°，調節得到坐姿脊柱模型。

5.如權利要求1所述的六歲兒童乘員的有限元模型的構建方法，其特征在于，步驟C3中，參考所述六歲兒童的脊柱生理曲線，依據脊柱頸前區、胸椎后區、腰椎前區、骶尾椎后區的生理彎曲的調整原則，對脊椎以及骶骨進行平移和旋轉，所述調整原則為既要保證椎與椎間的配合關系，又保證整體脊柱的曲度；所述平移使得兒童脊柱及骶骨與中矢狀面的交線中點位于所述六歲兒童的脊柱生理曲線上，所述旋轉使得相鄰脊柱及骶骨間未出現干涉，最后得到所述六歲兒童的坐姿脊柱模型。

6.如權利要求1所述的六歲兒童乘員的有限元模型的構建方法，其特征在于，所述步驟C4，胸部其他部位的調整：

根據肋椎關節和肋橫突關節調節胸腔，使其滿足解剖學上胸腔的形態；根據肌學的解剖原理，參考肌肉在骨頭上的起止點以及肌肉在坐姿情況下的收縮或拉伸狀態，對岡下肌、肩胛下肌、胸大肌、胸小肌、前鋸肌、肋間肌、豎脊肌、外斜肌肌肉的位置進行平移和角度的旋轉，使其符合人體坐姿生理學解剖結構。