跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(34.204.198.73) 您好!臺灣時間:2024/07/16 17:39
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:黃廷安
研究生(外文):Ting-AnHuang
論文名稱:電腦肩膀衝擊模擬器之設計
論文名稱(外文):Design of a Computer-Based Mechanical Surrogate to Reproduce Shoulder Impact Responses
指導教授:黃才?
指導教授(外文):Tsai-Jeon Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:機械工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:肩膀傷害人體模擬裝置肩膀撞擊器
外文關鍵詞:Shoulder InjuryAnthropomorphic Test DeviceShoulder Impactor
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:144
  • 評分評分:
  • 下載下載:9
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
肩膀受傷常見的原因為遭受外力撞擊,在高度碰撞的運動當中,受傷的發生更是頻繁。肩膀部位傷害雖不具致命性,但會造成上臂運動產生障礙,且治癒後容易復發,於日常生活造成不便,而不論是受傷時或是復發後的治療,都需要投入許多的醫療資源。因此,如何有效防護肩膀傷害成為一個值得重視的問題。
汽車安全領域為了瞭解人體於撞擊時所產生的反應與發生傷害的機制與條件,發展出了人體模擬裝置,藉由其上所裝設荷重元與加速規等感測儀器,量取力與加速度等物理量,結合大體實驗所歸納出的傷害條件與發生機率準則進行比較,得出人體在測試撞擊條件下是否安全,防護設施作用是否有效,以及針對撞擊傷害問題進行探討。另外,相較於真實人體的脆弱與珍貴,人體模擬機構不易損壞,可進行多次與多樣的實驗,確保研究的再現性與重複性,並可拓展研究探討的範圍。
本研究的目的即為希望設計出一有效呈現人體撞擊反應的肩膀機構電腦模型,作為日後實體化之參考。本研究首先收集人體肩膀構造資料,了解肩膀各部位所具有的特性,尋找肩膀機構設計的參考,並回顧現有肩膀撞擊傷害文獻,整理與傷害相關的物理量。機構設計概念主要是參考人體關節資料,以簡單連桿模擬骨骼,並以接頭近似關節,結合發泡材料模擬肌肉與皮膚。設計完成後的肩膀機構必須以進行生物真實性驗證,分別於人體幾何驗證機構桿件尺寸,靜態部分測試關節運動範圍,並於動態部分承受大體實驗的撞擊模擬,以確定能適當反映人體承受撞擊狀態。
除了高速的撞擊驗證外,也測試了低速的撞擊驗證,藉由兩者的比較後發現,真實人體組織與機構的差異應為軟組織部分。其後進行了不同骨骼結構設計的嘗試,採用肋形鋼片取代原有剛體肩胛骨,並測試其生物真實性,與原結構做比較與探討。最後,本研究設計之肩膀機構經由大體實驗測試於高低速撞擊的情形下在位移反應部分都具有生物真實性。而撞擊力部分較大體實驗高,應為機構使用剛體桿件所造成。

Common causes of shoulder injury are due to impact. Although shoulder injury normally is not fatal, victims would get into trouble for inconvenience. Therefore, understanding the possibility of shoulder injury is still needed. The most common method to study the shoulder injury mechanism is to utilize the cadaver. However, the cadaver is hard to be obtained and might develop a more complicated problem. In automobile safety research, an anthropomorphic surrogate is utilized to assess the occupant’s safety. Based on this concept, a mechanical shoulder surrogate is proposed in this study to investigate and prevent shoulder injuries.
In this study, the main purpose is to develop a computer-based mechanical surrogate to reproduce shoulder impact responses. The literature about shoulder anatomy and injury is reviewed for searching design parameters. Shoulder mechanism is built by using linkage, joint and foam material. In order to ensure acting like human, the mechanism is validated for biofidelity. Difference between validation of low and high speed impact suggested that soft tissue is the key point to improve performance of the mechanism. Shoulder mechanism is varied by replacing rigid scapula with steel rib, and is discussed with original design.
Finally, the biofidelic validation for the newly designed shoulder surrogate is conducted by comparing the results from the cadaver experiments. The results show agreements with experimental data especially for the acromion displacement. Although the impact force is higher than the cadaver, it is acceptable based on conservative design concepts.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號說明 XI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 3
1.2.1 研究動機 3
1.2.2 研究目的 3
1.3 論文架構 4
第二章 研究背景 5
2.1 人體肩膀構造 5
2.1.1 鎖骨(Clavicle) 7
2.1.2 肩胛骨(Scapula) 8
2.1.3 近端肱骨(Proximal Humerus) 10
2.1.4 胸鎖關節(Sternoclavicular Joint) 11
2.1.5 肩峰鎖關節(Acromioclavicular Joint) 12
2.1.6 肩胛胸類關節(Scapulothoracic Joint) 13
2.1.7 盂肱關節(Glenohumeral Joint) 14
2.1.8 肩膀運動 15
2.2 肩膀撞擊傷害研究 17
2.2.1 簡易傷害指數 17
2.2.2 傷害資料整理 18
2.3 現有肩膀設計 21
2.3.1 前撞人偶 21
2.3.2 側撞人偶 24
2.3.3 次系統撞擊器 26
2.3.4 設計比較 28
第三章 肩膀機構電腦模型 30
3.1 肩膀機構設計需求 30
3.1.1 人體骨骼特徵資料 30
3.1.2 人體關節運動範圍 32
3.1.3 人體撞擊反應 34
3.2 模型建立 35
3.2.1 皮膚與肌肉 36
3.2.2 肱骨、鎖骨與肩胛骨 38
3.2.3 電腦模型設定 41
3.2.4 關節與接頭對照 42
3.3 生物真實性驗證 43
3.3.1 人體幾何驗證 43
3.3.2 靜態運動範圍 44
3.3.3 大體撞擊實驗 44
3.3.4 電腦實驗模擬 46
3.3.4.1 累積變異比值 48
3.3.4.2 固定邊界設定 48
3.3.4.3 等效質量塊設定 49
3.3.4.4 驗證結果 50
3.4 小結 61
第四章 不同撞擊條件與設計 63
4.1 低速撞擊實驗 63
4.2 低速模擬結果探討 64
4.2.1 肩峰點至肩峰點間變形量 65
4.2.2 肩峰點至第一胸椎間變形量 68
4.2.3 綜合討論 71
4.3 肋形鋼片設計 72
4.3.1 部件設計 73
4.3.2 整體驗證 74
第五章 結論與建議 78
5.1 結論 78
5.2 建議與未來發展 79
參考文獻 80
自述 83

AAAM (1990) “The Abbreviated Injury Scale-1990 Review, American Association for Automotive Medicine, Des Plsines, USA.
Bolte, J.H., Hines, M.H., McFadden, J.D., Saul, R.A. (2000) “Shoulder Response Characteristics and Injury due to Lateral Glenohumeral Joint Impats, Stapp Car Crash Journal, Vol. 44, pp. 261-280.
Bolte, J.H., Hines, M.H., Herriott, R.G., McFadden, J.D., Donnelly, B.R. (2003) “Shoulder Impact Response and Injury due to Lateral and Oblique Loading, Stapp Car Crash Journal, Vol. 47, pp. 35-53.
Breteler, M.D.K, Spoor, C.W., Van der Helm, F.C.T (1999) “Measuring Muscle and Joint Geometry Parameters of a Shoulder for Modeling Purposes, Journal of Biomechanics, Vol. 32, pp. 1191-1197.
Chai, H.M. (2004) http://www.pt.ntu.edu.tw/hmchai/kines04/kinupper/shoulder.htm
Compigne, S., Caire, Y., Verriest, J.P. (2002) “Three Dimensional Dynamic Response of the Human Shoulder Submitted to Lateral and Oblique Glenohumeral Joint Impats, IRCOBI Conference – Munich (Germany), September 2002, pp. 377-379.
Compigne, S., Caire, Y., Quesnel, T., Verriest, J.P. (2003) “Lateral and Oblique Loading of the Human Shoulder 3D Acceleration and Force Deflection Data, IRCOBI Conference – Lisbon (Portugal), September 2003, pp. 265-279.
EEVC (1998) “EEVC Working Group 17 Report – Improved Test Methods to Evaluate Pedestrian Protection Afforded by Passenger Cars, European Enhanced Vehicle – Safety Committee.
Kaplan, L.D., Flanigan D.C., Norwig J., Jost P., Bradley J. (2005) “Prevalence and Variance of Shoulder Injuries in Elite Collegiate Football Players, The American Journal of Sports Medicine, Vol. 33, No. 8, pp. 1142-1146.
Koh, SW., Cavanaugh, J.M., Zhu, J. (2001) “Injury and Response of the Shoulder in Lateral Sled Tests, Proc. 45th Stapp Car Crash Conf., SAE Paper No. 22-0005, pp. 101-141.
Konosu, A. (2006) “Information on the Flexible Pedestrian Legform Impactor GT Alpha(Flex-GTα), 3rd Flex-TEG MT, Bast, Bergisch.
Levangie, P.K., Norkin, C.C. (2001) Joint Structure and Function :A Comprehensive Analysis, Philadelpha.
NHTSA (2007) http://www.nhtsa.gov/DOT/NHTSA/NVS/Biomechanics%20&%20Trauma/THOR-NT%20Advanced%20Crash%20Test%20Dummy/USERSMANUAL.pdf
Nordqvist, A., Petersson, C.J. (1995) “Incidence and Causes of Shoulder Girdle Injuries in an Urban Population, J. Shoulder Elbow Surg., Vol. 4, pp. 107-112.
Philippens, M., Cappon, H., Ratingen, M. van, Wismans, J., Svensson, M., Sirey F., Ono, K., Nishimoto, N., Matsuoka F. (2002) “Comparison of the Rear Impact Biofidelity of BioRID II and RID2, Stapp Car Crash Journal, Vol. 46, pp. 461-476.
Thor, C.P., Bieryla, K., Gabler, H.C. (2008) “Estimating Shoulder Injury Risk Using Low Rate Lateral Impacts to Dummies, Biomedical Sciences Instrumentation, Vol. 4, pp. 274-279.
T?rnvall, F.V., Holmqvist, K., Davidsson, J., Svensson, M.Y. (2007) “A New THOR Shoulder Design : A Comparison with Volunteers, the Hybrid III, and THOR NT, Traf?c Injury Prevention, Vol. 8, pp. 205-215.
WorldSID (2008) http://www.worldsid.org/Documentation/TG%20N398%20Biofidelity%2020050331.pdf
WorldSID (2008) http://www.worldsid.org/Documentation/TG%20N393%20WorldSID%20Users%20Manual%2020050401b.pdf
Yu, H., Medri, M.B., Zhou, Q., DiMasi, F.P., Bandak, F.A. (2004) “Head-Neck Finite Element Model of the Crash Test Dummy THOR, International Journal of Crashworthiness, Vol. 9, No. 2, pp. 175-186.
林志,劉建麟,王迺輝,羅惠熙,施天岳,楊大中 (1984) 編著,“ 醫院住院骨折病人 7842 骨折例之回顧, 中華骨科誌。
鄭麗菁,鐘敦輝,陳健行,賴昆城 (2008) 編譯,GRAY’S醫用解剖學,合記圖書出版社,台北,台灣。
吳鈞泰 (2006) , 使用碰撞人偶模型對頭頸鞭甩性傷害之研究。國立成功大學機械工程研究所碩士論文
吳明錦 (2007) ,人偶肩膀次系統碰撞器之設計。國立成功大學機械工程研究所碩士論文
安翔 (2008) , 行人頭部保護彈出式引擎蓋之設計與分析。國立成功大學機械工程研究所碩士論文

連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top