兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (10): 3754-3764.doi: 10.12382/bgxb.2023.0724
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王泽华1,2,3, 潘腾1,2,3, 刘瀚1,2,3, 周宏元4, 黄广炎1,2,3, 张宏1,2,3,*()
收稿日期:
2023-08-08
上线日期:
2024-02-04
通讯作者:
基金资助:
WANG Zehua1,2,3, PAN Teng1,2,3, LIU Han1,2,3, ZHOU Hongyuan4, HUANG Guangyan1,2,3, ZHANG Hong1,2,3,*()
Received:
2023-08-08
Online:
2024-02-04
摘要:
为获得爆炸冲击波下人员胸部损伤机理,借助高保真数字假人模型(Total Human Model for Safety,THUMS),使用Load_Blast_Enhanced方法与任意拉格朗日欧拉(Arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法构建了人体-爆炸流场数值模型,对爆炸冲击波下人体胸部的损伤情况开展数值计算,结合爆炸事故验证模型的有效性;基于冲击波峰值超压准则和Axelsson损伤模型判别6个工况下人员伤情等级,发现仅在TNT当量1500g、爆距4m时人员有轻伤风险。基于皮肤、骨骼、心肺的动态响应细致分析人员各组织器官的损伤类型,揭示了人员轻伤时的损伤模式及爆炸冲击波的致伤机理,研究结果可为爆炸致伤人员损伤评估的研究及相关防护装备的设计提供参考。
中图分类号:
王泽华, 潘腾, 刘瀚, 周宏元, 黄广炎, 张宏. 基于THUMS模型的人员胸部爆炸冲击波致伤机理[J]. 兵工学报, 2024, 45(10): 3754-3764.
WANG Zehua, PAN Teng, LIU Han, ZHOU Hongyuan, HUANG Guangyan, ZHANG Hong. Research on the Mechanism of Chest Injury Caused by Explosion Shock Waves Based on THUMS Model[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(10): 3754-3764.
C0 | C1 | C2 | C3 | C4 | C5 | C6 | E/kPa |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 0 | 0.4 | 0.4 | 0 | 250 |
表1 空气状态方程参数
Table 1 Material properties used for the linear polynomial EOS for air
C0 | C1 | C2 | C3 | C4 | C5 | C6 | E/kPa |
---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 0 | 0.4 | 0.4 | 0 | 250 |
冲击波峰值超压阈值/kPa | 损伤等级 | 损伤特征 |
---|---|---|
34.5 | 一级 | 少数鼓膜破裂 |
103.4 | 二级 | 50%鼓膜破裂 |
207.2~345.2 | 三级 | 轻度肺损伤 |
552.4~690.6 | 四级 | 50%严重肺损伤 |
690.6 | 五级 | 个别致死 |
897.8~1243.1 | 六级 | 50%致死 |
1381.2~1726.6 | 七级 | 一般均致死 |
表2 冲击波峰值超压准则及对应损伤特征[21]
Table 2 Shock wave peak overpressure criterion and corresponding damage characteristics[21]
冲击波峰值超压阈值/kPa | 损伤等级 | 损伤特征 |
---|---|---|
34.5 | 一级 | 少数鼓膜破裂 |
103.4 | 二级 | 50%鼓膜破裂 |
207.2~345.2 | 三级 | 轻度肺损伤 |
552.4~690.6 | 四级 | 50%严重肺损伤 |
690.6 | 五级 | 个别致死 |
897.8~1243.1 | 六级 | 50%致死 |
1381.2~1726.6 | 七级 | 一般均致死 |
损伤等级 | vcwp/(m·s-1) |
---|---|
无损伤 | 0.0~3.6 |
轻微伤至轻伤 | 3.7~7.5 |
轻伤至中度损伤 | 4.3~9.8 |
中度损伤至重度损伤 | 7.5~16.9 |
致死率高于50% | >12.8 |
表3 胸壁速度预测值与损伤程度关系
Table 3 Relationship between predicted chest wall velocity and degree of injury
损伤等级 | vcwp/(m·s-1) |
---|---|
无损伤 | 0.0~3.6 |
轻微伤至轻伤 | 3.7~7.5 |
轻伤至中度损伤 | 4.3~9.8 |
中度损伤至重度损伤 | 7.5~16.9 |
致死率高于50% | >12.8 |
损伤等级 | vsp/(m·s-1) |
---|---|
无损伤 | 0.0~2.2 |
轻微伤至轻伤 | 2.3~4.6 |
轻伤至中度损伤 | 2.7~6.1 |
中度损伤至重度损伤 | 4.6~10.5 |
致死率高于50% | >7.1 |
表4 胸骨速度与损伤程度关系
Table 4 Relationship between sternal velocity and degree of injury
损伤等级 | vsp/(m·s-1) |
---|---|
无损伤 | 0.0~2.2 |
轻微伤至轻伤 | 2.3~4.6 |
轻伤至中度损伤 | 2.7~6.1 |
中度损伤至重度损伤 | 4.6~10.5 |
致死率高于50% | >7.1 |
序号 | 工况 |
---|---|
1 | TNT当量800g,爆距4m |
2 | TNT当量1000g,爆距4m |
3 | TNT当量1500g,爆距4m |
4 | TNT当量800g,爆距6m |
5 | TNT当量1000g,爆距6m |
6 | TNT当量1500g,爆距6m |
表5 不同工况情况
Table 5 Different working conditions
序号 | 工况 |
---|---|
1 | TNT当量800g,爆距4m |
2 | TNT当量1000g,爆距4m |
3 | TNT当量1500g,爆距4m |
4 | TNT当量800g,爆距6m |
5 | TNT当量1000g,爆距6m |
6 | TNT当量1500g,爆距6m |
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