槍彈沖擊下頭- 頸動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及頸部被動(dòng)肌影響

范鑫， 黃星源， 常利軍， 王天昊， 趙永飛， 蔡志華

(1.湖南科技大學(xué) 機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 湘潭 411201；2.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第四醫(yī)學(xué)中心 骨科醫(yī)學(xué)部， 北京 100037)

0 引言

近代戰(zhàn)爭(zhēng)中，隨著防彈衣的廣泛使用，胸部損傷顯著減少，而頭頸部損傷比例較以往戰(zhàn)爭(zhēng)大幅度提升。盡管頭- 頸只占人體表面積的12%，但頭頸部的戰(zhàn)傷概率達(dá)到40%，導(dǎo)致較高的致死與致傷率。隨著新型防彈頭盔的開發(fā)與應(yīng)用，槍彈與破片沖擊時(shí)，士兵頭部能夠得到較好的保護(hù)，但頸部損傷問(wèn)題日益突出。同時(shí)頭盔添加顯示系統(tǒng)配件、夜視設(shè)備及其他附件等使其質(zhì)量大幅增加，導(dǎo)致頸部負(fù)荷增加，使槍彈與破片沖擊防彈頭盔下頸部的損傷更加嚴(yán)重，因此研究槍彈沖擊防彈頭盔下頭頸部的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及開發(fā)新的頸部防護(hù)裝備顯得極為重要。

關(guān)于槍彈沖擊防彈頭盔下頭部的損傷，Sarron等研究了子彈沖擊下顱骨骨折和腦損傷情況，表明采用復(fù)合材料制造的防彈頭盔可避免較大的瞬態(tài)變形，從而減少頭部的鈍擊傷；蔡志華等、鄭秋杰等研究了頭盔內(nèi)泡沫襯墊對(duì)頭部損傷的影響，結(jié)果表明襯墊泡沫能有效減少顱內(nèi)壓峰值，且凸梯度結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯泡沫能增加約20%的能量吸收。關(guān)于槍彈沖擊防彈頭盔時(shí)頸部的損傷，周宏等建立了盔- 頭- 頸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析了槍彈沖擊防彈頭盔后傳遞至頸部的沖擊力以及頭部加速度的變化規(guī)律；肖飛舟等建立了簡(jiǎn)化的盔- 頭- 頸有限元模型用于分析頭部加速度和速度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和頸部受力過(guò)程；王威等建立了頭- 頸有限元模型，開展了手槍彈沖擊防彈頭盔的數(shù)值模擬，研究表明隨著頭盔質(zhì)量增加，各顱腦組織和頸部的載荷均有所增加，損傷風(fēng)險(xiǎn)上升；沈周宇等開展手槍彈沖擊防彈頭盔致人體頭頸部損傷的數(shù)值模擬，分析了頭部重要器官的損傷及頸椎鈍擊效應(yīng)。但上述研究中的模型不夠精細(xì)或沒(méi)有考慮頸部被動(dòng)肌的影響。

關(guān)于頸部后伸的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及頸部被動(dòng)肌的影響，大多研究圍繞車輛低速碰撞開展。崔普東等建立頭- 頸有限元模型，研究了不同后碰撞速度下頸部的損傷，研究表明隨著碰撞速度的增加，頸部各組織受力增大，當(dāng)韌帶應(yīng)變達(dá)到極限時(shí)開始撕裂；Gierczycka等研究發(fā)現(xiàn)頸部軟組織(包含皮膚、脂肪組織和被動(dòng)肌肉)對(duì)頸部運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)有很大影響，頸部被動(dòng)肌等軟組織可減輕頸部損傷，其作用與沖擊嚴(yán)重程度呈反比。李凡等采用Hill骨骼肌本構(gòu)模型和超彈性O(shè)gden橡膠材料模型耦合的辦法模擬肌肉的主被動(dòng)特性，建立了具有主動(dòng)力反饋的車輛乘員頸部肌肉仿真模型并進(jìn)行驗(yàn)證，用以研究后碰撞載荷下乘員頸部肌肉對(duì)頭- 頸損傷的影響。

目前關(guān)于槍彈沖擊下頸部后伸時(shí)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及頸部被動(dòng)肌的影響研究較少，因此本文建立了有效的頭盔- 頭- 頸有限元模型，其中包括具有詳細(xì)解剖結(jié)構(gòu)的頸部被動(dòng)肌模型，使用450 m/s的手槍彈正面沖擊防彈頭盔，獲得了頭頸部在有/無(wú)被動(dòng)肌作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，為后續(xù)頸部損傷評(píng)估提供參考。

1 頭盔- 頭- 頸有限元模型及本構(gòu)關(guān)系

1.1 有限元模型建立

防彈頭盔有限元模型包括盔體和內(nèi)襯泡沫，總質(zhì)量為1.24 kg，模型節(jié)點(diǎn)數(shù)為372 393、網(wǎng)格單元數(shù)為329 216(見圖1(a))。手槍彈直徑為9 mm，質(zhì)量為8 g(見圖1(b))。具有詳細(xì)解剖結(jié)構(gòu)的人體頭部有限元模型主要包括硬骨組織、軟組織和腦組織，總節(jié)點(diǎn)數(shù)為95 997、網(wǎng)格單元數(shù)為120 818(見圖1(c))。

圖1 有限元模型Fig.1 Finite element model

基于CT掃描圖像，建立50百分位成年國(guó)人男性志愿者(身高170 cm，體重65 kg)的頸部三維有限元模型。首先將圖像導(dǎo)入MIMICS 17.0軟件中，獲得頸椎各部位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再利用GEOMAGIC Studio 12.0軟件處理和擬合點(diǎn)云圖像，生成平滑的幾何模型，再將幾何模型導(dǎo)入有限元軟件ANSYS-ICEM CFD 12.0生成整體網(wǎng)格，然后使用Hypermesh軟件進(jìn)行編輯和分離。頸椎模型由266 926個(gè)節(jié)點(diǎn)、245 272個(gè)單元組成(見圖1(d))，包括頸椎椎骨、椎間盤、韌帶和關(guān)節(jié)軟骨。頸椎椎骨包括松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨并使用六面體單元進(jìn)行模擬。椎間盤由髓核、纖維環(huán)組成，髓核在椎間盤中央，纖維環(huán)由纖維環(huán)基質(zhì)和增強(qiáng)纖維膜組成(見圖1(e))。韌帶是一種纖維致密的結(jié)締組織，利用彈簧單元進(jìn)行模擬，根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)確定韌帶的附著位置和分布。關(guān)節(jié)軟骨附著在關(guān)節(jié)突上，使用六面體網(wǎng)格進(jìn)行建模。關(guān)節(jié)液和關(guān)節(jié)膜對(duì)頸椎運(yùn)動(dòng)的影響較小，并未考慮其影響。采用六面體網(wǎng)格對(duì)被動(dòng)肌部分進(jìn)行建模，被動(dòng)肌模型由24對(duì)頸部肌肉組成，節(jié)點(diǎn)數(shù)和網(wǎng)格單元數(shù)分別為287 064和277 763(見圖1(f))。頸部有限元模型包括～頸椎、胸椎、7個(gè)椎間盤，10組韌帶，24對(duì)肌肉和軟骨組織，完整的頭盔- 頭- 頸模型如圖1(g)所示。

1.2 有限元模型材料參數(shù)

手槍彈、頭盔與頭部有限元模型的材料本構(gòu)及參數(shù)均基于已建立并通過(guò)驗(yàn)證的有限元模型。其中手槍彈選用彈塑性本構(gòu)模型，密度=8.11×10kg/m，彈性模量=210 GPa，屈服應(yīng)力=0.792 GPa，切線模量=21 GPa，泊松比=0.3?？w為凱夫拉材料，在仿真軟件LSDYNA中選用MAT_COMPOSITE_DAMAGE本構(gòu)模型，密度=1.23×10kg/m，各向彈性模量=18.5 GPa、==6.0 GPa，各向剪切模量=0.77 GPa、==2.50 GPa，各向泊松比=0.25、==0.32，壓縮模量=0.558 MPa、=0.555 MPa，剪切強(qiáng)度=0.555 GPa，壓縮強(qiáng)度=1.086 GPa。頭盔內(nèi)襯泡沫為聚氨酯泡沫，材料密度=61 kg/m，彈性模量=8.4 MPa。

顱骨具有彈塑性特性，選用MAT_PLASTIC_KINEMATIC本構(gòu)模型，材料參數(shù)參考文獻(xiàn)[18-20]，如表1所示。腦組織根據(jù)其黏彈性選用MAT_VISCOELASTIC本構(gòu)模型，材料參數(shù)如表2所示。頸部材料本構(gòu)模型及參數(shù)均基于文獻(xiàn)，其中椎骨選用MAT_POWER_LAW_PLASTICITY本構(gòu)模型，終板強(qiáng)度定義為皮質(zhì)骨的1/3。髓核含水量高達(dá)70%～90%，選用MAT_VISCOELASTIC本構(gòu)模型模擬髓核的性能。纖維環(huán)基質(zhì)的主要成分為膠原纖維，選用MAT_ELASTIC本構(gòu)模型模擬其性能。采用復(fù)合材料MAT_FABRIC模擬增強(qiáng)纖維膜的性能，其材料性能參考Holzapfel等的纖維環(huán)增強(qiáng)纖維膜單軸拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)(見圖2)，其他材料模型如表3所示。

表1 顱骨材料參數(shù)Table 1 Skull parameter

表2 腦組織材料參數(shù)Table 2 Brain tissue parameters

圖2 增強(qiáng)纖維膜的應(yīng)力- 應(yīng)變曲線[27]Fig.2 Stress-strain curve of the reinforced fiber film[27]

表3 頸部組織材料模型及材料特性Table 3 Neck tissue model and material properties

2 模型驗(yàn)證

2.1 C6～C7段的驗(yàn)證

參照Nuckley等的實(shí)驗(yàn)，選取～段進(jìn)行拉壓模擬。固定下端，在表面加載逐漸增大的力，模擬得到的位移曲線；參照Panzer等的實(shí)驗(yàn)?zāi)M屈曲和伸展，約束條件同上，在表面施加逐漸增大的扭矩，得到彎曲角變化曲線。在拉壓驗(yàn)證中，模擬的力和變形結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好(見圖3(a)～圖3(b))，變化趨勢(shì)相似，誤差在10%以內(nèi)；拉壓過(guò)程中，椎體的位移隨著受力的增加而增加。在屈伸驗(yàn)證中，屈曲狀態(tài)下模擬力和變形結(jié)果與文獻(xiàn)[30-31]的結(jié)果有相似的變化趨勢(shì)(見圖3(c))，且彎曲角度隨著扭矩的增加而增大；伸展?fàn)顟B(tài)下仿真結(jié)果位于參考文獻(xiàn)[30-31]的結(jié)果區(qū)間內(nèi)且趨勢(shì)一致(見圖3(d))，椎體的彎曲角度隨扭矩的增加而增大。

2.2 無(wú)被動(dòng)肌頭頸部模型的驗(yàn)證

選取Nightingale等和Camacho等提供的無(wú)肌肉頭- 頸尸體軸向沖擊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，將無(wú)被動(dòng)肌頭- 頸模型置于1重力場(chǎng)中，設(shè)置頭部與剛性平面的距離為1 mm，摩擦系數(shù)=0.3，初速度=3.2 m/s，約束胸椎并施加16 kg的載荷，使其運(yùn)動(dòng)限制在上下方向，模擬軀干在頭- 頸下降過(guò)程的影響，得到頭與剛體平面接觸時(shí)的應(yīng)力變化曲線。下降過(guò)程中，～段被拉伸，～段被彎曲，頭部相對(duì)向前移動(dòng)。0 ms時(shí)，頭部在重力場(chǎng)以及初速度作用下開始碰撞剛體平面；2～3 ms時(shí)，頭部與剛性平面間的接觸力達(dá)到峰值，顱骨開始塑性變形，接觸力減??；5～6 ms時(shí)，接觸力再次增加，此后接觸力逐漸減小(見圖3(e))。數(shù)值仿真所得結(jié)果與文獻(xiàn)[32]中的實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果吻合度較高(見圖3(f))，變化趨勢(shì)一致，數(shù)值差異較小。

圖3 有限元仿真驗(yàn)證[34]Fig.3 Finite element simulation verification[34]

2.3 有被動(dòng)肌頭- 頸部模型的驗(yàn)證

參考Davidsson等進(jìn)行的汽車追尾碰撞志愿者試驗(yàn)，將有被動(dòng)肌頭頸部模型置于1重力場(chǎng)中，根據(jù)志愿者胸部的位移- 時(shí)間曲線對(duì)模型胸部進(jìn)行加載，在冠狀、矢狀和橫切面限制頸部底部肌肉的旋轉(zhuǎn)，其余結(jié)構(gòu)處于無(wú)約束狀態(tài)。有被動(dòng)肌模型的頭部質(zhì)心水平加速度(見圖3(g))以及相對(duì)于胸椎的水平位移(見圖3(h))基本處于試驗(yàn)結(jié)果區(qū)間內(nèi)。

3 仿真分析

3.1 仿真邊界條件設(shè)置

考慮到士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上一般是在無(wú)防備情況下被擊中頭部的，子彈接觸頭盔在幾毫秒時(shí)間內(nèi)完成，而頸部的響應(yīng)在200 ms內(nèi)完成，士兵無(wú)法在較短的時(shí)間內(nèi)形成條件反射、激活主動(dòng)肌肉力，因此在槍彈沖擊頭盔時(shí)，頸部起作用的主要影響因素為被動(dòng)肌部分，不考慮主動(dòng)肌的影響。頭盔- 頭- 頸模型置于 1重力場(chǎng)中，約束椎骨段的下表面和頸部肌肉下端在軸、軸、軸 3個(gè)方向上的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，用于模擬被動(dòng)肌與人體其他組織的聯(lián)結(jié)關(guān)系，被動(dòng)肌除下端約束端和上端結(jié)合端，其余部分處于重力場(chǎng)自由狀態(tài)，頸部被動(dòng)肌肉之間未加預(yù)載力。手槍彈與頭盔之間的接觸定義為ERODING_SURFACE_TO_SURFACE，頭盔內(nèi)襯泡沫與皮膚、椎骨與被動(dòng)肌之間的接觸定義為AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE，頭盔、頭部、頸椎及被動(dòng)肌定義為AUTOMATIC_SINGLE_ SURFACE。手槍彈的沖擊速度為 450 m/s，從正面沖擊防彈頭盔，計(jì)算頭盔- 頭- 頸有限元模型在0～200 ms的響應(yīng)。

3.2 手槍彈沖擊防彈頭盔下頭- 頸損傷分析

手槍彈正面沖擊防彈頭盔時(shí)，顱骨應(yīng)力變化如圖4(a)所示，應(yīng)力以彈著點(diǎn)下方額骨區(qū)域?yàn)橹行南蝻B骨傳播，0.2～0.4 ms時(shí)應(yīng)力較為集中，頭部響應(yīng)在0.6 ms內(nèi)完成，說(shuō)明頭部的響應(yīng)時(shí)間較短，且在0.6 ms內(nèi)頭部的損傷風(fēng)險(xiǎn)較高，額骨處出現(xiàn)的應(yīng)力集中是手槍彈未穿透盔體引起背面大變形造成的，這一結(jié)果與沈周宇等得到的仿真結(jié)果一致。圖4(b)為額骨處最大應(yīng)力曲線，額骨處最大應(yīng)力達(dá)到45.51 MPa，接近Sarron等得出的50～100 MPa 的顱骨斷裂壓力范圍下限，顱骨有斷裂風(fēng)險(xiǎn)。圖4(c)為頭部質(zhì)心沖擊方向的速度曲線，由于手槍彈沖擊的作用，頭部質(zhì)心的速度在6 ms時(shí)達(dá)到最大的 1.32 m/s，隨后速度下降，在頭頸部回彈時(shí)，頸部存儲(chǔ)的勢(shì)能釋放，頭部質(zhì)心的速度反向上升，相比于車輛碰撞中人體頭部運(yùn)動(dòng)速度曲線，手槍彈沖擊下頭部質(zhì)心速度達(dá)到最大值的時(shí)間相對(duì)較短，車輛碰撞中人體頭部速度曲線相對(duì)較平滑。

圖4 頭- 頸損傷圖Fig.4 Head-neck injury maps

手槍彈正面沖擊防彈頭盔后，頭頸部后伸，然后回彈，造成頸部損傷。在100 ms左右時(shí)，頸部后伸到最大位置，頸椎椎骨的應(yīng)力云圖如圖4(d)～圖4(e)所示。由圖4(d)可知下頸椎椎體部分應(yīng)力較為集中，易造成椎體骨折，、、的前緣也是人體易骨折部位；寰椎前結(jié)節(jié)韌帶連接處也出現(xiàn)了部分應(yīng)力集中；由圖4(e)可知寰椎后弓處與頸椎的椎弓處出現(xiàn)了應(yīng)力集中。各椎骨與椎間盤連接處的皮質(zhì)骨應(yīng)力曲線如圖4(f)所示，各椎骨應(yīng)力首先呈上升趨勢(shì)，達(dá)到峰值后開始依次下降，這是因?yàn)轭i部后伸時(shí)應(yīng)力呈上升趨勢(shì)，達(dá)到最大后伸后開始回彈，隨后應(yīng)力呈下降趨勢(shì)；應(yīng)力曲線出現(xiàn)波動(dòng)是由于槍彈沖擊防彈頭盔后，頭盔的變形導(dǎo)致頭頸階段性后伸。整個(gè)響應(yīng)過(guò)程中，頸椎椎骨最大應(yīng)力為131.30 MPa，出現(xiàn)在寰椎較硬的皮質(zhì)骨上，根據(jù)Carter等研究中的人體骨骼強(qiáng)度公式(1)式推算出皮質(zhì)骨強(qiáng)度為227 MPa，可知頸椎椎骨未發(fā)生骨折。

(1)

手槍彈正面沖擊防彈頭盔后，整個(gè)頭頸部后伸，椎間盤前側(cè)受拉，后側(cè)受壓，椎間盤力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，頸部在壓縮外力下，椎間盤的耐壓性很強(qiáng)，但是受拉伸的能力較弱。在頸部后伸過(guò)程中，纖維環(huán)為主要受力部位，測(cè)量出各椎間盤纖維環(huán)的橫截面積，結(jié)合由Yoganandan等通過(guò)成人頭頸部拉伸尸體實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算出各椎間盤失效拉應(yīng)力，如表4所示。圖4(g)為椎間盤失效拉應(yīng)力云圖，其中紅色區(qū)域?yàn)樽甸g盤達(dá)到失效拉應(yīng)力的單元，椎間盤會(huì)發(fā)生部分單元失效，導(dǎo)致椎間盤部分撕裂，從而會(huì)使椎間盤突出的可能性增加，可知頸椎下端椎間盤前側(cè)失效更為明顯，損傷更嚴(yán)重。

表4 基于各椎間盤失效拉力計(jì)算各椎間盤的 失效拉應(yīng)力Table 4 Failure tensile stress of each intervertebral disc calculated based on the failure tension of each disc

圖4(h)為頸部后伸到最大位置時(shí)頸部被動(dòng)肌的應(yīng)力云圖，可知胸鎖乳突肌和半棘肌應(yīng)力較為集中。胸鎖乳突肌位于頸部淺層，主要用于控制頸部過(guò)度伸展，在手槍彈正面沖擊防彈頭盔時(shí)，胸鎖乳突肌通過(guò)拉伸來(lái)限制頸部后伸，從而起到保護(hù)頸椎的作用，而半棘肌則是通過(guò)壓縮來(lái)限制頸部后伸。

3.3 手槍彈沖擊防彈頭盔下被動(dòng)肌的影響

有/無(wú)被動(dòng)肌模型在手槍彈正面沖擊防彈頭盔下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)如圖5(a)所示，總響應(yīng)時(shí)間為 200 ms。 有被動(dòng)肌模型在100 ms左右時(shí)后伸到最大位置，200 ms左右時(shí)回彈到原來(lái)位置，頭部質(zhì)心最大位移為42.00 mm，無(wú)被動(dòng)肌模型在140 ms左右時(shí)后伸到最大位置，頭- 頸最大位移為61.21 mm，在有被動(dòng)肌保護(hù)下，頭- 頸最大位移減少了31.38%，頭部質(zhì)心如圖5(b)所示。兩者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)大致相同，但無(wú)被動(dòng)肌模型的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)比有被動(dòng)肌模型更為顯著。

圖5 頭- 頸運(yùn)動(dòng)響應(yīng)Fig.5 Head-neck motion response

無(wú)被動(dòng)肌模型額骨處最大應(yīng)力為45.35 MPa，與有被動(dòng)肌模型的45.51 MPa相近，應(yīng)力傳播形式相近，由此可知被動(dòng)肌對(duì)頭部損傷影響較小。在頸部后伸到最大位置時(shí)，無(wú)被動(dòng)肌模型的頸椎椎骨應(yīng)力也集中于下頸椎椎體，頸椎的椎弓也出現(xiàn)了應(yīng)力集中。有/無(wú)被動(dòng)肌模型在手槍彈沖擊頭盔下各椎骨與椎間盤連接處的皮質(zhì)骨應(yīng)力、椎間盤最大應(yīng)力如圖6所示，從中可知有被動(dòng)肌時(shí)頸部各椎骨應(yīng)力均小于無(wú)被動(dòng)肌模型，椎間盤最大應(yīng)力均小于無(wú)被動(dòng)肌模型。椎間盤最大應(yīng)力出現(xiàn)在-，有被動(dòng)肌模型最大應(yīng)力為75.73 MPa，無(wú)被動(dòng)肌模型最大應(yīng)力為106.3 MPa，應(yīng)力減小了28.76%。

圖6 有/無(wú)被動(dòng)肌模型各個(gè)椎骨椎間盤應(yīng)力柱狀圖Fig.6 Stress histograms for vertebral discs with/without passive muscles

4 結(jié)論

本文建立了人體頸部模型，結(jié)合已有的手槍彈、頭部與防彈頭盔模型，構(gòu)建了完整的頭盔- 頭- 頸有限元模型并進(jìn)行驗(yàn)證，開展了9 mm手槍彈正面沖擊防彈頭盔的數(shù)值模擬，得到了手槍彈正面沖擊防彈頭盔下的頭- 頸動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，分析了頭頸各部位的損傷，并比較了在有/無(wú)被動(dòng)肌情況下頸部的響應(yīng)。得到主要結(jié)論如下：

1)手槍彈正面沖擊防彈頭盔下，頭部響應(yīng)的時(shí)間較短，而頸部響應(yīng)的時(shí)間較長(zhǎng)；頭部應(yīng)力主要集中于彈著點(diǎn)處的額骨部分，頸部應(yīng)力主要集中于下頸椎椎體、椎弓和寰椎后弓處。

2)手槍彈正面沖擊防彈頭盔下，顱骨有斷裂風(fēng)險(xiǎn)，頸椎椎骨沒(méi)有發(fā)生骨折，椎間盤發(fā)生拉伸失效，因此，在手槍彈正面沖擊防彈頭盔引起頭頸部的損傷時(shí)，軟組織的損傷比硬組織更嚴(yán)重。

3)在無(wú)被動(dòng)肌的保護(hù)下，頭頸部有更顯著的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，有被動(dòng)肌作用下頭- 頸最大位移減少了31.38%；頸部被動(dòng)肌對(duì)頭部損傷影響較小，但是能減輕頸部的后伸，使椎間盤最大應(yīng)力減少28.76%。

本文通過(guò)數(shù)值模擬分析了手槍彈正面沖擊防彈頭盔時(shí)頭頸的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，以及頸部被動(dòng)肌在頸部后伸過(guò)程中的保護(hù)作用，由于在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，士兵一般是無(wú)防備的情況下被擊中頭部的，且無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)形成條件反射激活主動(dòng)肌肉力，本文未考慮頸部主動(dòng)肌的作用。由于人體頭頸部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)有模型缺乏脂肪、血管及神經(jīng)等組織的結(jié)構(gòu)，為保證有限元仿真結(jié)果的可靠性，將在后續(xù)研究中進(jìn)一步完善該模型并開展深入的研究。