冲击载荷下肺脏组织的力学行为和损伤机制研究
批准号:
12072286
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
邓琼
依托单位:
学科分类:
冲击动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
邓琼
中文摘要
肺脏作为一种重要器官,其在冲击载荷下的损伤将严重影响生物体的生命特征。针对肺脏冲击损伤机制的研究大多拘泥于医学病理分析和整体肺器官冲击损伤,缺乏对不同组分肺组织的力学响应规律和多尺度损伤机理的深入认识,极大地制约了肺冲击损伤的早期诊断、治疗和预防。本项目以冲击载荷下肺脏组织的损伤为切入点,基于力学性能试验、数值仿真和病理分析研究,针对肺脏组织的冲击损伤机理开展研究。拟发展宽应变率下肺脏组织力学响应的测试方法,准确测量肺脏组织的率相关力学性能,建立合理的本构模型以及高效的肺脏组织细观和宏观有限元模型;结合肺脏冲击损伤试验和病理分析,阐明应变率对其力学响应的影响规律,揭示冲击载荷下肺脏组织的应变率效应和损伤机制,明确损伤与其生命体征的关系。本项目对全面理解肺脏组织冲击损伤的产生和演化机理,开创肺脏器官冲击损伤的诊断、评估和治疗体系,及时挽救战场士兵及受伤民众的生命具有重要的意义。
英文摘要
As an important organ, the damage of lung under impact load will seriously affect the life characteristics of organism. The research on the mechanism of lung impact injury is mostly limited by the medical pathological analysis and the whole lung organ impact injury. The lack of in-depth understanding of the mechanical response law and multi-scale damage mechanism of different components of lung tissue greatly restricts the early diagnosis, treatment and prevention of lung impact injury. In this project, based on the mechanical property test, numerical simulation and pathological analysis, the impact damage mechanism of lung tissue was studied. It is proposed to develop a method to measure the mechanical response of lung tissue under wide strain rate, accurately measure the rate related mechanical properties of lung tissue, establish a reasonable constitutive model and an efficient meso and macro finite element model of lung tissue; combined with the lung impact injury test and pathological analysis, the effect of strain rate on its mechanical response is clarified, and the strain rate of lung tissue under impact load is revealed The relationship between injury and vital signs was clarified. This project is of great significance to fully understand the generation and evolution mechanism of lung tissue impact injury, create the diagnosis, evaluation and treatment system of lung organ impact injury, and save the lives of soldiers and injured people in the battlefield in time.
冲击波作用于生物体时可使所有组织器官损伤,其中含气器官尤易损伤。肺脏虽然受到周围肋骨和胸骨的保护,但肺脏中含有大量气体,是冲击波作用下最易受损的靶器官之一。冲击伤的特点是外轻内重、发展迅速,并且伤情复杂、致死率极高。因此肺冲击伤的早期诊断、高效评估和精准治疗显得尤为重要。目前关于肺冲击伤的研究大多为医学病理统计分析及活体动物肺脏冲击实验,缺乏对肺脏组织力学响应机制及损伤规律的深入研究,使得肺冲击伤在快速诊断和精准治疗方面缺乏科学依据。本研究以动物肺脏作为研究对象,以冲击载荷下肺脏组织的损伤为切入点,基于力学性能实验、数值仿真和病理分析研究,针对肺脏组织的冲击损伤机理开展研究。第一,发展一种宽应变率下肺脏组织力学响应的测试方法,准确测量肺脏组织的率相关力学性能;第二,建立考虑肺脏活体性质的生理-力学耦合的三维本构模型,为开展有限元仿真提供研究基础;第三,开展肺脏器官损伤的有限元仿真及损伤评估研究,为全面理解肺脏组织冲击损伤的产生和演化机理、开创肺脏器官冲击损伤的评估体系提供理论依据。本研究取得的主要结论如下:(1)动态压缩实验试样设计为圆环形以减小径向惯性效应;薄试样有助于尽快达到应力平衡;动态拉伸试验开发了新的夹持方式;低弹性模量的空心管配合半导体应变片实现信号的精确采集;使用脉冲整形技术延长入射脉冲上升沿时间。(2)实验结果表明动物肺脏组织具有明显的粘弹性、应变率敏感性等特点,并分析了其变形阶段、解释了变形机制及力学特性。(3)建立了以Reduced Polynomial模型表征超弹性、以Maxwell模型表征粘弹性的并联超粘弹本构模型,来描述猪肺组织宽应变率下的力学特性,并通过ABAQUS中的流体腔方法,模拟不同呼吸压及渗透压条件下肺脏组织的应力响应,引入生理特性。(4)进行了肺脏器官损伤的有限元仿真研究及损伤评估研究;评估了力学参数与医学损伤的关系,建立了快速诊断指标,从而实现战场的快速诊断及救治。
金属纳米多层膜在冲击载荷下的力学行为和强化机制
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批准号:11572259
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项目类别:面上项目
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资助金额:70.0万元
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批准年份:2015
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负责人:邓琼
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依托单位:
基于Hopkinson压杆技术研究微型机械高过载动态响应的相关问题
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批准号:10872174
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项目类别:面上项目
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资助金额:31.0万元
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批准年份:2008
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负责人:邓琼
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依托单位:
国内基金
海外基金