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跌倒引起的髋骨骨折是对老人造成的最致命的伤害之一。作为最大的发展中国家,我国面临的老龄化形式极为严峻,对跌倒预防与保护方面的进行研究具有重要意义。随着跌倒检测技术的发展,已经可以在人体跌倒倒地之前准确地检测到跌倒行为发生,使得跌倒发生时触发防护装置对髋部进行保护变得可能。侧方跌倒髋保护气囊系统通过触发气囊展开来对老人髋部进行保护。本文基于跌倒髋保护缓冲气囊系统原型机并主要结合LS-DYNA软件就缓冲气囊在老年人在侧方跌倒中髋骨的保护中所起到的作用及一些参数对其效果的影响进行研究,主要做了如下方面的工作:(1)采用MIMICS软件及人体髋部位置的二维CT图片建立了人体髋骨的三维几何模型,并采用ANSYS软件建立髋保护缓冲气囊的有限元模型。(2)介绍了髋保护缓冲气囊系统原型机及缓冲气囊所使用的充气机构及其原理,通过试验对人体侧方跌倒倒地瞬间的速度与加速度数据参数进行了测和计算,并对速度和加速度数据进行了分析。(3)选用0.2m×0.2m的气囊,设定侧方跌倒速度是2.0 m/s及缓冲气囊的初始绝对气压为0.138MPa,气囊厚度为0.5mm时,对缓冲气囊的的防护效果验证了髋骨受到的峰值冲击力比不采用任何防护减小了70%,而能量吸收则减小了83.8%,从而验证了髋保护缓冲气囊对人体髋部具有良好的保护效果。(4)从髋骨所受的峰值冲击力和吸收的峰值能量两个角度分析了气囊尺寸、初始气压以及气囊材料厚度等参数对髋保护缓冲气囊防护效果的影响规律:1)气囊尺寸越大小,其最优初始气压条件下髋骨所受的峰值冲击力或吸收的能量越大。而当气囊尺寸小于0.1m×0.1m,最优初始气压条件下的峰值力将大于4630N,这远远超过了侧方跌倒导致髋骨骨折的平均力3100N。2)在气囊充满气且气囊尺寸、厚度一定的条件下,随着气囊初始气压的升高,髋骨受到的峰值冲击力及吸收的冲击能先减小后增大。对于尺寸分别为0.1m×0.1m、0.2m×0.2m、0.3m×0.3m、0.4m×0.4m的缓冲气囊,使得髋骨所受的峰值冲击力最小的气囊初始气压气压(绝对气压)分别为:0.991MPa、0.176MPa、0.121MPa、0.157MPa,使得髋骨吸收冲击能最小的气囊初始气压分别为0.827MPa、0.176MPa、0.11MPa、0.175MPa。3)在气囊尺寸、初始充气气压一定时,且保证气囊强度足厚的情况下,气囊材料越薄,侧方跌倒过程中髋部受到的峰值冲击力及吸收的能量越小,且该峰值冲击力及髋部吸能与气囊厚度呈线性关系。