2024年 44卷 第12期
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2024, 44(12): 121411.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0221
摘要:
由于轻度创伤性脑损伤的复杂性和数据测量方式的局限性，直接根据脑组织损伤阈值来确定大脑的损伤状态往往并不可行。脑组织的损伤机制涉及复杂的力学、生物化学和生理学过程，且在不同个体之间存在显著差异。通过研究头部运动载荷与脑组织损伤之间的关系，研究者可以更好地理解不同类型的头部运动（如线加速度、角加速度、角速度）对脑组织的影响规律。这不仅有助于揭示颅脑创伤的力学机制，还为开发更有效的防护装具提供科学依据。但直接从头部的运动学测量评估损伤风险仍面临诸多挑战。本文详细总结和评述了与轻度创伤性脑损伤相关的冲击...
由于轻度创伤性脑损伤的复杂性和数据测量方式的局限性，直接根据脑组织损伤阈值来确定大脑的损伤状态往往并不可行。脑组织的损伤机制涉及复杂的力学、生物化学和生理学过程，且在不同个体之间存在显著差异。通过研究头部运动载荷与脑组织损伤之间的关系，研究者可以更好地理解不同类型的头部运动（如线加速度、角加速度、角速度）对脑组织的影响规律。这不仅有助于揭示颅脑创伤的力学机制，还为开发更有效的防护装具提供科学依据。但直接从头部的运动学测量评估损伤风险仍面临诸多挑战。本文详细总结和评述了与轻度创伤性脑损伤相关的冲击...
2024, 44(12): 121412.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0179
摘要:
爆炸冲击波性脑损伤（blast-induced traumatic brain injury，bTBI）是由爆炸时的冲击波对颅脑造成的损伤效应，伤者可表现出不同程度的躯体和行为障碍以及远期认知功能损害，是战时最常见的脑损伤类型。bTBI的发生机制复杂且尚未完全阐明。爆炸产生的冲击波作用于头部表面并在颅内传播，造成颅脑弥漫性损伤，从病理学层面可将bTBI分为原发性损伤和继发性损伤。冲击波的机械致伤效应会造成脑内结构的原发性受损，通常不可逆，只能采取有效的预防措施减少伤害。原发性损伤可引发一系列复杂...
爆炸冲击波性脑损伤（blast-induced traumatic brain injury，bTBI）是由爆炸时的冲击波对颅脑造成的损伤效应，伤者可表现出不同程度的躯体和行为障碍以及远期认知功能损害，是战时最常见的脑损伤类型。bTBI的发生机制复杂且尚未完全阐明。爆炸产生的冲击波作用于头部表面并在颅内传播，造成颅脑弥漫性损伤，从病理学层面可将bTBI分为原发性损伤和继发性损伤。冲击波的机械致伤效应会造成脑内结构的原发性受损，通常不可逆，只能采取有效的预防措施减少伤害。原发性损伤可引发一系列复杂...
2024, 44(12): 121413.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0197
摘要:
爆炸冲击伤是我国面临的重大公共卫生问题，呈现高发、群发、难防的特点，并且危重伤多，感染发生率高，诊治难度大。对爆炸冲击伤施以有效的防护胜过任何最可靠的救治。爆炸冲击伤防护是涉及医学、材料学、爆炸冲击力学等多学科的复杂问题，需要建立起爆炸冲击波传播、伤情评估、材料设计制备及材料衰减性能评测等方面的关系。基于此，本文从爆炸冲击波的产生、传播及爆炸冲击伤的发生机制出发，介绍了肺部、颅脑爆炸伤致伤机制，给出了不同程度的肺部、颅脑冲击伤的损伤力学指标，并系统地综述了爆炸冲击伤防护材料的研究现状及进展，讨论...
爆炸冲击伤是我国面临的重大公共卫生问题，呈现高发、群发、难防的特点，并且危重伤多，感染发生率高，诊治难度大。对爆炸冲击伤施以有效的防护胜过任何最可靠的救治。爆炸冲击伤防护是涉及医学、材料学、爆炸冲击力学等多学科的复杂问题，需要建立起爆炸冲击波传播、伤情评估、材料设计制备及材料衰减性能评测等方面的关系。基于此，本文从爆炸冲击波的产生、传播及爆炸冲击伤的发生机制出发，介绍了肺部、颅脑爆炸伤致伤机制，给出了不同程度的肺部、颅脑冲击伤的损伤力学指标，并系统地综述了爆炸冲击伤防护材料的研究现状及进展，讨论...
2024, 44(12): 121421.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0108
摘要:
基于耦合的欧拉-拉格朗日（coupled Eulerian-Lagrangian, CEL）法建立了“火药燃气-炮管/炮弹-空气”流固耦合模型，分别对低海拔（海拔高度0 m）、中海拔（海拔高度1000 m）、亚高海拔（海拔高度3000 m）和高海拔（海拔高度5000 m）环境下大口径火炮的发射过程进行了数值模拟，研究了海拔高度对炮口冲击波动态演化过程的影响机制。模拟结果表明，大口径火炮炮口冲击波动态演化过程具有显著的方向依赖性，炮口冲击波峰值压力随海拔高度的增加而降低，峰值压力与环境压力近似呈线...
基于耦合的欧拉-拉格朗日（coupled Eulerian-Lagrangian, CEL）法建立了“火药燃气-炮管/炮弹-空气”流固耦合模型，分别对低海拔（海拔高度0 m）、中海拔（海拔高度
2024, 44(12): 121422.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0211
摘要:
底部爆炸冲击极易造成装甲车辆乘载员脊柱损伤，为全面了解底部爆炸冲击作用下的乘员脊柱各节段损伤行为和风险，通过基于高生物逼真度人体有限元模型的数值仿真模拟典型底部爆炸冲击下乘员脊柱的动态响应过程，融合运动学、动力学和生物力学响应研究脊柱各节段潜在的损伤行为，并利用生物力学指标分析不同受载工况和防护座椅设计参数下乘员脊柱的损伤风险。结果表明：C4~T3段脊柱后伸过展是棘突、横突和椎间盘纤维环的主要致伤因素，T7~T12段脊柱损伤主要受前屈过弯和轴向压缩共同作用，腰椎轴向压缩导致椎体前侧和椎间盘髓核处...
底部爆炸冲击极易造成装甲车辆乘载员脊柱损伤，为全面了解底部爆炸冲击作用下的乘员脊柱各节段损伤行为和风险，通过基于高生物逼真度人体有限元模型的数值仿真模拟典型底部爆炸冲击下乘员脊柱的动态响应过程，融合运动学、动力学和生物力学响应研究脊柱各节段潜在的损伤行为，并利用生物力学指标分析不同受载工况和防护座椅设计参数下乘员脊柱的损伤风险。结果表明：C4~T3段脊柱后伸过展是棘突、横突和椎间盘纤维环的主要致伤因素，T7~T12段脊柱损伤主要受前屈过弯和轴向压缩共同作用，腰椎轴向压缩导致椎体前侧和椎间盘髓核处...
2024, 44(12): 121423.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0205
摘要:
肺冲击伤是爆炸后第一级冲击伤最常见的死因，进行有效防护是减轻伤情、提升救治效能的最优举措。聚脲材料作为躯体防具的研究尚在起步阶段，本研究通过有限元数值模拟探讨了冲击波作用下聚脲材料对肺脏的防护效应及其对冲击波的衰减特性。首先利用LS-DYNA软件模拟冲击波对穿戴防护材料的山羊胸部的直接损伤过程，然后通过实爆测压数据及肺大体伤情进行有效性验证，最后利用该冲击波防护后效应有限元计算模型完成聚脲材料对人员肺冲击伤防护效应的评估。结果表明：右肺朝向爆心时，冲击波肺损伤应力主要集中在右肺下叶，防护模型肺脏...
肺冲击伤是爆炸后第一级冲击伤最常见的死因，进行有效防护是减轻伤情、提升救治效能的最优举措。聚脲材料作为躯体防具的研究尚在起步阶段，本研究通过有限元数值模拟探讨了冲击波作用下聚脲材料对肺脏的防护效应及其对冲击波的衰减特性。首先利用LS-DYNA软件模拟冲击波对穿戴防护材料的山羊胸部的直接损伤过程，然后通过实爆测压数据及肺大体伤情进行有效性验证，最后利用该冲击波防护后效应有限元计算模型完成聚脲材料对人员肺冲击伤防护效应的评估。结果表明：右肺朝向爆心时，冲击波肺损伤应力主要集中在右肺下叶，防护模型肺脏...
2024, 44(12): 121424.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0173
摘要:
为了更好地理解爆炸冲击波作用下头部的力学响应和损伤机制，利用计算机电子断层扫描与核磁共振医学图像获取了头部几何信息，开发了具有骨缝结构的精细化头部有限元模型。基于已有的激波管尸体实验，开展了正面、侧面与背面爆炸冲击数值模拟，通过对比颅内压-时间历程曲线与颅内压峰值，验证有限元模型的有效性。结果表明：在3种冲击方向下，颅内4个区域的压力峰值与文献实验仿真数据吻合较好；爆炸仿真中颅骨骨缝处有明显应力集中，骨缝线处头部有更大的损伤风险；同等爆炸冲击强度下，正面和背面冲击比侧面冲击对头部造成的损伤更严重...
为了更好地理解爆炸冲击波作用下头部的力学响应和损伤机制，利用计算机电子断层扫描与核磁共振医学图像获取了头部几何信息，开发了具有骨缝结构的精细化头部有限元模型。基于已有的激波管尸体实验，开展了正面、侧面与背面爆炸冲击数值模拟，通过对比颅内压-时间历程曲线与颅内压峰值，验证有限元模型的有效性。结果表明：在3种冲击方向下，颅内4个区域的压力峰值与文献实验仿真数据吻合较好；爆炸仿真中颅骨骨缝处有明显应力集中，骨缝线处头部有更大的损伤风险；同等爆炸冲击强度下，正面和背面冲击比侧面冲击对头部造成的损伤更严重...
2024, 44(12): 121431.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0255
摘要:
听觉系统各组成部分的机械损伤是爆炸后造成听力损失的主要原因，强脉冲声致听觉损害风险准则仍然存在许多争议，例如：指标选择冲量还是超压峰值，正压持续时间是否重要等。本研究基于自由场实爆条件，设计并搭建了大动物爆炸致伤平台，探究了不同爆炸参数对鼓膜破裂的影响规律，并建立了基于自由场超压峰值和正压持续时间的鼓膜创伤量效关系。通过笔形压力传感器测量自由场超压，通过Friedlander公式拟合超压时程曲线，确定冲击波超压峰值和正压持续时间，并对时域中记录的波形进行归一化能量频谱分析，以确定冲击波在频域上的...
听觉系统各组成部分的机械损伤是爆炸后造成听力损失的主要原因，强脉冲声致听觉损害风险准则仍然存在许多争议，例如：指标选择冲量还是超压峰值，正压持续时间是否重要等。本研究基于自由场实爆条件，设计并搭建了大动物爆炸致伤平台，探究了不同爆炸参数对鼓膜破裂的影响规律，并建立了基于自由场超压峰值和正压持续时间的鼓膜创伤量效关系。通过笔形压力传感器测量自由场超压，通过Friedlander公式拟合超压时程曲线，确定冲击波超压峰值和正压持续时间，并对时域中记录的波形进行归一化能量频谱分析，以确定冲击波在频域上的...
2024, 44(12): 121432.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0256
摘要:
建立真实爆炸环境下的小型猪内耳听觉爆炸伤模型，研究不同爆炸冲击波压力对小型猪内耳听觉损伤的影响。选取14头健康小型猪，在爆炸前进行听性脑干反应（auditory brainstem response, ABR）测试。搭建自由场爆炸实验平台，使用1.9和8.0 kg TNT炸药，爆源离地面1.8 m，身体固定于防护装置中，仅暴露头部。在不同距离布放小型猪，记录冲击波峰值压力，计算即刻死亡率。爆炸后再次进行ABR测试，并取耳蜗组织进行扫描电镜观察，分析毛细胞损伤情况。在1.8～3.8 m范围内，冲击...
建立真实爆炸环境下的小型猪内耳听觉爆炸伤模型，研究不同爆炸冲击波压力对小型猪内耳听觉损伤的影响。选取14头健康小型猪，在爆炸前进行听性脑干反应（auditory brainstem response, ABR）测试。搭建自由场爆炸实验平台，使用1.9和8.0 kg TNT炸药，爆源离地面1.8 m，身体固定于防护装置中，仅暴露头部。在不同距离布放小型猪，记录冲击波峰值压力，计算即刻死亡率。爆炸后再次进行ABR测试，并取耳蜗组织进行扫描电镜观察，分析毛细胞损伤情况。在1.8～3.8 m范围内，冲击...
2024, 44(12): 121433.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0262
摘要:
为了深入研究爆炸冲击波作用下生物体肺部的力学响应和损伤特性，首先建立了猪胸部有限元模型，借助新研制的PVDF (polyvinylidene fluoride)柔性冲击波压力传感器测试了激波管试验中动物的体表压力，验证了有限元模型的准确性。然后，使用已验证的模型开展了不同比例距离下猪肺部损伤特性研究，分析了在不同强度冲击波作用下肺部的损伤程度和损伤区域，并建立了胸肺部表皮压力峰值与肺损伤的关系。最后，通过开展爆炸试验，获得了不同比例距离下猪的肺部损伤情况和胸部表皮压力曲线，验证了所建立的胸肺部表...
为了深入研究爆炸冲击波作用下生物体肺部的力学响应和损伤特性，首先建立了猪胸部有限元模型，借助新研制的PVDF (polyvinylidene fluoride)柔性冲击波压力传感器测试了激波管试验中动物的体表压力，验证了有限元模型的准确性。然后，使用已验证的模型开展了不同比例距离下猪肺部损伤特性研究，分析了在不同强度冲击波作用下肺部的损伤程度和损伤区域，并建立了胸肺部表皮压力峰值与肺损伤的关系。最后，通过开展爆炸试验，获得了不同比例距离下猪的肺部损伤情况和胸部表皮压力曲线，验证了所建立的胸肺部表...
2024, 44(12): 121434.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0204
摘要:
激波管可以在实验室环境下模拟爆炸产生冲击波，具有参数易于控制和测量手段准确多样等优势，在爆炸冲击效应的研究中被广泛应用。但与真实爆炸相比，尤其是近场爆炸，激波管产生的冲击波存在正压作用时间难以缩短、超压峰值难以提升的困难。通过对激波管运行理论和数值模拟分析发现：缩短正压作用时间的关键是让反射稀疏波尽快追上入射激波；提升超压峰值的关键是提高驱动气体的驱动能力。为此，设计了一种驱动段为锥形截面的激波管，使得反射稀疏波更快地追上入射激波，从而有效减小激波管设备长度并缩短正压作用时间；同时，采用正向爆轰...
激波管可以在实验室环境下模拟爆炸产生冲击波，具有参数易于控制和测量手段准确多样等优势，在爆炸冲击效应的研究中被广泛应用。但与真实爆炸相比，尤其是近场爆炸，激波管产生的冲击波存在正压作用时间难以缩短、超压峰值难以提升的困难。通过对激波管运行理论和数值模拟分析发现：缩短正压作用时间的关键是让反射稀疏波尽快追上入射激波；提升超压峰值的关键是提高驱动气体的驱动能力。为此，设计了一种驱动段为锥形截面的激波管，使得反射稀疏波更快地追上入射激波，从而有效减小激波管设备长度并缩短正压作用时间；同时，采用正向爆轰...
2024, 44(12): 121435.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0242
摘要:
为了研究爆炸冲击波作用下人体头部的加速度响应、建立加速度与爆炸冲击波超压的内在联系、评价基于加速度参数的头部损伤评估指标，利用标准人体参数的假人模型开展了多种TNT当量的空中静爆试验，获得了不同比例距离下模型头部的加速度时程曲线以及同距离处的自由场超压曲线。基于峰值线性加速度、头部损伤标准（head injury criterion, HIC）和头部撞击功率（head impact power, HIP）定量分析了头部损伤的风险等级，评价3种损伤评估指标在爆炸场景下的适用性和有效性。结果显示，距...
为了研究爆炸冲击波作用下人体头部的加速度响应、建立加速度与爆炸冲击波超压的内在联系、评价基于加速度参数的头部损伤评估指标，利用标准人体参数的假人模型开展了多种TNT当量的空中静爆试验，获得了不同比例距离下模型头部的加速度时程曲线以及同距离处的自由场超压曲线。基于峰值线性加速度、头部损伤标准（head injury criterion, HIC）和头部撞击功率（head impact power, HIP）定量分析了头部损伤的风险等级，评价3种损伤评估指标在爆炸场景下的适用性和有效性。结果显示，距...
2024, 44(12): 121441.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0257
摘要:
首先基于头部动态测试系统与激波管和外场实弹实爆测试环境，验证了眼部装备（护目镜和风镜）的防护性能。研究结果表明，风镜防护性能更优，建议给执勤人员配发兼容防紫外、强光、烟雾和防破片功能的风镜产品，以提高相关人员眼部防护能力。此后，研究眼部爆震伤后组织损伤、功能改变及市售风镜动物实验版的防护作用与机制，为防治眼部爆震伤及风镜后续的设计改进提供理论依据。选用比格犬和C57小鼠进行相关动物实验，通过HE、Tunel、Nissl染色、视觉电生理检查等检测方法，发现随着冲击波强度的提高和伤后时间的延长，视网...
首先基于头部动态测试系统与激波管和外场实弹实爆测试环境，验证了眼部装备（护目镜和风镜）的防护性能。研究结果表明，风镜防护性能更优，建议给执勤人员配发兼容防紫外、强光、烟雾和防破片功能的风镜产品，以提高相关人员眼部防护能力。此后，研究眼部爆震伤后组织损伤、功能改变及市售风镜动物实验版的防护作用与机制，为防治眼部爆震伤及风镜后续的设计改进提供理论依据。选用比格犬和C57小鼠进行相关动物实验，通过HE、Tunel、Nissl染色、视觉电生理检查等检测方法，发现随着冲击波强度的提高和伤后时间的延长，视网...
2024, 44(12): 121442.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0216
摘要:
将36只雄性C57小鼠随机分为对照组（Sham组）、3.5 MPa 颅脑冲击伤（blast-related traumatic brain injury, bTBI）组、4.5 MPa bTBI组、5.5 MPa bTBI组、4.5 MPa bTBI+生理盐水组（bTBI+SA组）、4.5 MPa bTBI+小分子多肽组（bTBI+TAT-FERM组），每组6只；将12只 Preso -/-小鼠随机分为Sham组和 4.5 MPa bTBI组，每组6只。对小鼠进行bTBI造模，完成后常规饲养2周...
将36只雄性C57小鼠随机分为对照组（Sham组）、3.5 MPa 颅脑冲击伤（blast-related traumatic brain injury, bTBI）组、4.5 MPa bTBI组、5.5 MPa bTBI组、4.5 MPa bTBI+生理盐水组（bTBI+SA组）、4.5 MPa bTBI+小分子多肽组（bTBI+TAT-FERM组），每组6只；将12只 Preso -/-小鼠随机分为Sham组和 4.5 MPa bTBI组，每组6只。对小鼠进行bTBI造模，完成后常规饲养2周...
