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题名爆炸冲击波致颅脑损伤数值模拟
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作者
苏恒儒
李志洋
杜现平
雷建银
刘志芳
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机构
太原理工大学航空航天学院应用力学研究所
中山大学海洋工程与技术学院
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出处
《爆炸与冲击》
北大核心
2025年第10期101-115,共15页
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基金
国家自然科学基金(12372363,12272254)。
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文摘
在军事行动、工业事故等爆炸事件中,爆炸冲击波引起的头部损伤已成为主要致伤形式之一,而爆炸载荷下头部的损伤机理及损伤阈值仍不明确,鉴于此,采用数值模拟研究了爆炸载荷下头部的动态响应过程,分析了TNT药量以及空气和水2种介质对颅脑的变形、压力和加速度的影响。首先,基于欧拉-拉格朗日耦合的方法建立了空气-头部流固耦合模型。在验证其有效性的基础上,从前额颅骨与脑组织的压力、加速度和频率等方面对头部动态响应过程进行了分析。研究发现,爆炸冲击波正面作用于头部时,前额颅骨的超压峰值达到613 kPa,脑组织的超压峰值达到508 kPa,并且颅骨会发生高频振动,振动频率可达7 kHz。前额颅骨和脑组织受到的冲击加速度呈现先升高后降低的变化趋势,同时颅内压呈周期性变化。在水下环境中,额叶、顶叶和颞叶脑组织压力出现高频的周期性超压波动,前额颅骨产生的超压峰值达到3.64 MPa,远高于重度脑损伤的阈值235 kPa。在水中,脑组织受到的压力峰值是空气中的5倍,加速度比空气中约提高了5倍,频率则提高了2倍。
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关键词
爆炸冲击波
头部有限元模型
颅脑损伤
水下爆炸
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Keywords
blast shock waves
head finite element model
brain injury
underwater explosion
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分类号
O383
[理学—流体力学]
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