[发明专利]一种用于拦阻着舰过程的飞行员心肺系统仿真建模方法

摘要

本发明公开了一种适合于拦阻着舰过程的飞行员心肺系统建模与仿真方法，属于加速度生理和损伤防护领域；包括了心肺及胸骨肋骨的有限元建模；首先，在合理简化的基础上建立包含心脏、肺和胸骨肋骨的几何模型；然后，采用优化的网格划分方法对心肺和胸骨肋骨进行网格划分，获得心肺和胸骨肋骨的有限元模型；最后，设置求解器的求解过程参数、求解器选项和输出选项，进行模型求解。本发明鉴于人体心肺系统在生物力学上的复杂性，可实现飞行员心肺和胸部骨骼的快速简化建模，并用于对典型拦阻着舰过程中的飞行员心肺系统损伤风险进行评估等；而且所针对的拦阻着舰过程会产生典型的持续性载荷，载荷作用时间大于4.0秒。

主权项

一种用于拦阻着舰过程的飞行员心肺系统仿真建模方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、建立包含心脏、肺、胸骨和肋骨的几何模型，进行平滑处理后分别转化成若干数值曲面片导出；具体包括：首先，对中国成年男性的CT扫描图像进行分割，分别获得心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨的几何轮廓模型；并分别导入到建模软件中；然后，在建模软件中对胸骨和肋骨的几何模型进行合并以及做平滑处理；设定心脏与周围组织牵连的具体部位以及进行平滑处理；针对左右两块肺，分别设定每块肺与周围组织牵连的具体位置和进行平滑处理；最后，将平滑处理完成的心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨的模型，分别各自构造若干数值曲面片并导出；步骤二、在有限元软件中，分别将心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨的数值曲面片各自合成一个完整的曲面，并分别在四个完整曲面上各保留一条边界线，以控制网格尺寸和网格质量；步骤三、分别对心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨进行网格划分和定义不同材料属性；步骤四、设置心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨的外部约束条件，以及各几何模型之间的接触约束，形成完整的飞行员心肺有限元模型；外部约束条件为：在心脏与周围组织牵连的具体部位、每块肺与周围组织牵连的唯一位置，以及整个胸骨和肋骨上施加相同的运动约束；接触约束是模拟心脏、左肺、右肺、胸骨和肋骨之间在过载作用过程中可能发生的相互接触；步骤五、对完整的飞行员心肺有限元模型进行求解，得到模型各部分关于位移、应力和应变随时间的动态变化数据；首先，设置求解过程参数、求解器选项和输出选项；求解过程参数是指：求解过程的结束时间；求解器选项是指：设置最小时间步长；输出选项设置为：位移、应力和应变；然后，将飞行员心肺有限元模型导出进行求解，得到模型各部分关于位移、应力和应变随时间的动态变化数据；步骤七、利用模型各部分关于位移、应力和应变随时间的动态变化数据，进一步分析心肺发生损伤的风险。