兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (4): 240381-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0381
任海龙1, 曹双辉2, 彭瀚1, 豆清波1,3,*(), 索涛1,3
收稿日期:
2024-05-17
上线日期:
2025-04-30
通讯作者:
基金资助:
REN Hailong1, CAO Shuanghui2, PENG Han1, DOU Qingbo1,3,*(), SUO Tao1,3
Received:
2024-05-17
Online:
2025-04-30
摘要:
空降兵伞降着陆损伤一直是航空医学和特种医学关注的重点,研究其着陆损伤的生物力学机制对空降兵损伤防护和预防至关重要。针对空降兵着陆冲击下肢损伤,利用全球人体生物力学模型对影响空降兵着陆冲击下肢损伤的因素进行数值模拟研究。研究结果表明:在正常着陆冲击过程中,股骨、胫骨等下肢长骨受损伤概率较小,但跟骨、距骨以及半月板容易因长骨对其挤压造成损伤,易损伤区域包括跟骨结节内侧突、距骨滑车面以及外侧半月板前角;不同着陆场景损伤机制的差异,下降速度能显著影响地面冲击力从而大幅度增加下肢长骨患应力性骨折的概率;水平风速能影响其重心位置而增加踝关节损伤概率;地面条件通过影响冲击接触时长而增加踝关节尤其是跟骨损伤概率。
中图分类号:
任海龙, 曹双辉, 彭瀚, 豆清波, 索涛. 基于有限元模型的空降兵伞降着陆损伤因素分析[J]. 兵工学报, 2025, 46(4): 240381-.
REN Hailong, CAO Shuanghui, PENG Han, DOU Qingbo, SUO Tao. Analysis of Factors Affecting Parachute Landing Injuries Based on Finite Element Modeling[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(4): 240381-.
志愿者编号 | 年龄/岁 | 身高/cm | 体重/kg | 有无伤病史 |
---|---|---|---|---|
1 | 22 | 176 | 72.6 | 无 |
2 | 23 | 173 | 74.2 | 无 |
3 | 22 | 177 | 75.3 | 无 |
表1 受试者基本情况
Table 1 General information of subjects
志愿者编号 | 年龄/岁 | 身高/cm | 体重/kg | 有无伤病史 |
---|---|---|---|---|
1 | 22 | 176 | 72.6 | 无 |
2 | 23 | 173 | 74.2 | 无 |
3 | 22 | 177 | 75.3 | 无 |
时间/ms | 实验结果 | 仿真结果 |
---|---|---|
0 | | |
40 | | |
80 | | |
120 | | |
表2 平台着陆实验与仿真对比
Table 2 Comparison of platform landing experiemnts and simulations
时间/ms | 实验结果 | 仿真结果 |
---|---|---|
0 | | |
40 | | |
80 | | |
120 | | |
下降速度/ (m·s-1) | 水平风速/ (m·s-1) | 着陆地面 | 地面密度/ (kg·m-3) | 地面模量/ GPa | 地面 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|
3 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
5 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
7 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
表3 下降速度影响分析仿真工况参数设置
Table 3 Simulation parameter settings for analysis of descent speed effect
下降速度/ (m·s-1) | 水平风速/ (m·s-1) | 着陆地面 | 地面密度/ (kg·m-3) | 地面模量/ GPa | 地面 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|
3 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
5 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
7 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
下降速度/ (m·s-1) | 水平风速/ (m·s-1) | 着陆地面 | 地面密度/ (kg·m-3) | 地面模量/ GPa | 地面 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|
6 | 4 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
6 | 2 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
6 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
表4 水平风速影响分析仿真工况参数设置
Table 4 Simulation parameter settings for analysis of horizontal wind speed effect
下降速度/ (m·s-1) | 水平风速/ (m·s-1) | 着陆地面 | 地面密度/ (kg·m-3) | 地面模量/ GPa | 地面 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|
6 | 4 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
6 | 2 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
6 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
下降速度/ (m·s-1) | 水平风速/ (m·s-1) | 着陆地面 | 地面密度/ (kg·m-3) | 地面模量/ GPa | 地面 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|
6 | 0 | 软黏土 | 1600 | 0.01 | 0.4 |
6 | 0 | 粉砂岩 | 2160 | 0.2 | 0.3 |
6 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
表5 地面条件影响分析仿真工况参数设置
Table 5 Simulation parameter settings for analysis of ground condition effect
下降速度/ (m·s-1) | 水平风速/ (m·s-1) | 着陆地面 | 地面密度/ (kg·m-3) | 地面模量/ GPa | 地面 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|
6 | 0 | 软黏土 | 1600 | 0.01 | 0.4 |
6 | 0 | 粉砂岩 | 2160 | 0.2 | 0.3 |
6 | 0 | 混凝土 | 2500 | 30 | 0.3 |
下肢损伤准则 | 损伤评价指标 | 损伤阈 值/kN | 损伤概率 (简明损伤定级 标准2+) |
---|---|---|---|
股骨力准则 | 股骨轴向力 | 10.00 | |
胫骨压缩力准则 | 胫骨近端轴向力 | 8.00 | |
足踝损伤准则 | 胫骨远端轴向力 | 7.59 |
表6 下肢损伤评价准则
Table 6 Injury criteria for lower limb
下肢损伤准则 | 损伤评价指标 | 损伤阈 值/kN | 损伤概率 (简明损伤定级 标准2+) |
---|---|---|---|
股骨力准则 | 股骨轴向力 | 10.00 | |
胫骨压缩力准则 | 胫骨近端轴向力 | 8.00 | |
足踝损伤准则 | 胫骨远端轴向力 | 7.59 |
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