人体躯干组织器官的力学特性

以S-78-228-3-0.69破片的计算结果为例,选取人体组织器官中距离弹着点最近的位置为测量点,骨骼和内脏器官的应力、压力、加速度及速度变化曲线如图7.18和图7.19所示。同时,根据图7.18和图7.19将组织器官力学响应参数的最大值列于表7.10。

图7.18　骨骼力学响应曲线

(a)骨骼应力;(b)骨骼压力;(c)骨骼加速度;(d)骨骼速度

根据图7.18和图7.19,胸骨和心脏的应力及压力曲线在达到峰值后突然降为0,原因是胸骨和心脏受到破片的射击后,变形过大的失效单元会被删除。同时,由于破片在人体躯干中运动状态的复杂性,以及组织器官对应力波和压力波的反射作用,造成组织器官力学响应曲线随时间不断振动。

图7.19　内脏器官力学响应曲线

(a)内脏器官应力;(b)内脏器官压力(www.xing528.com)

图7.19　内脏器官力学响应曲线(续)

(c)内脏器官加速度;(d)内脏器官速度

根据表7.10,骨骼系统中,胸骨的力学响应参数要远大于肋骨和肋软骨,而内脏器官中,心脏的力学响应参数也要大于肺脏和肝脏,并且胸骨的力学响应参数又大于心脏。这是因为破片击入了胸骨和心脏,并且胸骨的硬度和刚度较大,故胸骨和心脏的力学响应参数远大于未受破片命中的组织器官,从而反映出破片损伤方式是局部的,其损伤效应主要集中于破片命中区域的组织器官,而对远离弹着点的组织器官的损伤很小。不同组织器官的力学响应参数具有很大的差异性,除材料属性的影响外,组织器官与弹着点的距离是主要影响因素,距弹着点越近的组织器官,以及组织器官中距弹着点越近的位置,其力学响应参数越大。如肺脏和肝脏均未受到破片射击,但肺脏距弹着点较近,而肝脏距弹着点较远,故肺脏的力学响应参数均大于肝脏。

表7.10　S-78-228-3-0.69破片对应的各组织器官力学响应参数

另外,由于人体结构和力学响应的复杂性,各组织器官的力学响应参数并没有呈现出完全一致的变化趋势。如肋骨应力和压力均大于肋软骨与心脏,而肋骨加速度和速度却小于肋软骨与心脏;肋软骨、心脏、肺脏和肝脏的压力均大于应力,而胸骨和肋骨的压力却小于应力。