
Acta Armamentarii ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 241022-.doi: 10.12382/bgxb.2024.1022
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CHEN Bin1,2, WANG Song2,*(
), LIU Xingyu2, ZHANG Zhaohui1,2, LI Wuyang1,2
Received:2024-11-12
Online:2025-08-28
Contact:
WANG Song
CLC Number:
CHEN Bin, WANG Song, LIU Xingyu, ZHANG Zhaohui, LI Wuyang. A Human Head Finite Element Model for Blunt Ballistic Impact Injury Assessment[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(8): 241022-.
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| 头部组织 | 密度/ (kg·m-3) | THUMS头部模型 | 改进头部模型 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 材料类型 | 材料参数 | 材料类型 | 材料参数 | ||
| 大脑、小脑、脑干 | 1060 | 黏弹性 | K=2.16GPa; G0=12.0kPa,G∞=6.0kPa | 黏弹性 | K=2.14GPa; G0=14.0kPa,G∞=4.0kPa |
| 额骨、顶骨、枕部 | 2120 | 弹性 | K=2.12GPa;μ=0.22 | 弹塑性 | K=2.16GPa;μ=0.28 |
| 脑脊液 | 1000 | 黏弹性 | K=2.00GPa; G0=5.0kPa,G∞=1.0kPa | 流体 | G0=0.5kPa,G∞=0.2kPa |
| 头皮 | 1050 | 弹性 | K=4.95GPa;μ=0.42 | 弹塑性 | K=5.20GPa;μ=0.45 |
| 脑膜 | 1000 | 弹性 | μ=0.45 | 弹性 | μ=0.42 |
Table 1 Material parameters of THUMS and improved head models
| 头部组织 | 密度/ (kg·m-3) | THUMS头部模型 | 改进头部模型 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 材料类型 | 材料参数 | 材料类型 | 材料参数 | ||
| 大脑、小脑、脑干 | 1060 | 黏弹性 | K=2.16GPa; G0=12.0kPa,G∞=6.0kPa | 黏弹性 | K=2.14GPa; G0=14.0kPa,G∞=4.0kPa |
| 额骨、顶骨、枕部 | 2120 | 弹性 | K=2.12GPa;μ=0.22 | 弹塑性 | K=2.16GPa;μ=0.28 |
| 脑脊液 | 1000 | 黏弹性 | K=2.00GPa; G0=5.0kPa,G∞=1.0kPa | 流体 | G0=0.5kPa,G∞=0.2kPa |
| 头皮 | 1050 | 弹性 | K=4.95GPa;μ=0.42 | 弹塑性 | K=5.20GPa;μ=0.45 |
| 脑膜 | 1000 | 弹性 | μ=0.45 | 弹性 | μ=0.42 |
| 参数/mm | 数值 | 参数/mm | 数值 |
|---|---|---|---|
| 头宽 | 158 | 瞳孔间距 | 61 |
| 头长 | 187 | 头矢状弧 | 350 |
| 头高 | 231 | 头冠状弧 | 360 |
| 头围 | 570 | 形态面长 | 119 |
Table 2 Head sizes of 50th percentile men in China(18 to 70 years old)
| 参数/mm | 数值 | 参数/mm | 数值 |
|---|---|---|---|
| 头宽 | 158 | 瞳孔间距 | 61 |
| 头长 | 187 | 头矢状弧 | 350 |
| 头高 | 231 | 头冠状弧 | 360 |
| 头围 | 570 | 形态面长 | 119 |
| 项目/mm | 测量尺寸 (THUMS)/mm | 选取尺寸 (GB 10000—2023)/mm | 缩放因子 |
|---|---|---|---|
| 头宽 | 163 | 158 | 0.969 |
| 头长 | 208 | 187 | 0.899 |
| 头高 | 247 | 231 | 0.935 |
| 头围 | 592 | 570 | 0.963 |
| 瞳孔间距 | 63 | 61 | 0.968 |
| 头矢状弧 | 362 | 350 | 0.967 |
| 头冠状弧 | 364 | 360 | 0.989 |
| 形态面长 | 129 | 119 | 0.922 |
Table 3 Scaling factors
| 项目/mm | 测量尺寸 (THUMS)/mm | 选取尺寸 (GB 10000—2023)/mm | 缩放因子 |
|---|---|---|---|
| 头宽 | 163 | 158 | 0.969 |
| 头长 | 208 | 187 | 0.899 |
| 头高 | 247 | 231 | 0.935 |
| 头围 | 592 | 570 | 0.963 |
| 瞳孔间距 | 63 | 61 | 0.968 |
| 头矢状弧 | 362 | 350 | 0.967 |
| 头冠状弧 | 364 | 360 | 0.989 |
| 形态面长 | 129 | 119 | 0.922 |
| 参数 | 取值 | 参数 | 取值 |
|---|---|---|---|
| 翘曲度/(°) | <55 | 歪斜率/(°) | <60 |
| 长宽比 | <5 | 最大内角/(°) | <160 |
| 雅可比 | >0.5 | 最小内角/(°) | >40 |
Table 4 Cell quality criteria for meshing
| 参数 | 取值 | 参数 | 取值 |
|---|---|---|---|
| 翘曲度/(°) | <55 | 歪斜率/(°) | <60 |
| 长宽比 | <5 | 最大内角/(°) | <160 |
| 雅可比 | >0.5 | 最小内角/(°) | >40 |
| 损伤类型 | 最大颅内压p/kPa | 最大头部冲击力F/kN |
|---|---|---|
| 不会失去意识 | p<25 | F<2.5 |
| 失去意识 (少于30min) | 25≤p<45 | 2.5≤F<5.0 |
| 颅内血肿或昏迷 | 45≤p<150 | 5.0≤F<7.5 |
| 颅骨骨折 | p≥150 | F≥7.5 |
Table 5 Threshold of head impact injury [20]
| 损伤类型 | 最大颅内压p/kPa | 最大头部冲击力F/kN |
|---|---|---|
| 不会失去意识 | p<25 | F<2.5 |
| 失去意识 (少于30min) | 25≤p<45 | 2.5≤F<5.0 |
| 颅内血肿或昏迷 | 45≤p<150 | 5.0≤F<7.5 |
| 颅骨骨折 | p≥150 | F≥7.5 |
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