基于自适应响应面法的脂肪组织材料参数反求*

崔世海，段海彤，李海岩，贺丽娟，吕文乐，阮世捷

（天津科技大学机械工程学院，天津300222）

1 引 言

在全球肥胖人群不断增长的趋势下[1-2]，肥胖乘员的乘车安全越来越受到关注。目前肥胖乘员的损伤机理尚不明确，有限元模型[3-5]、尸体样本[6]以及假人模型[7]等是研究乘员损伤机理、评价乘员损伤的常用工具。其中，有限元模型在肥胖乘员损伤机理研究中有着独到的优势，其可以反映身体各部分力学响应情况，且具有可重复性，同时能将混淆的影响因素单独分开。对于肥胖有限元模型，其增加的大量脂肪是影响生物力学响应的重要因素，脂肪组织材料本构的选择及参数的确定是影响其生物仿真度及损伤评价的关键因素。

皮下脂肪组织是一种位于真皮与腱膜和肌肉筋膜之间的结缔组织。脂肪组织占人体总质量的5%～60%，代表新陈代谢相关组织中最具可塑性的器官[8-9]，在吸收与分配机械载荷中起着重要的作用，可以吸收冲击和防止局部应力集中，对人体起到一定的保护作用。就软组织而言，如脑组织[10]、肝[11]与肾[12]等，其材料参数可由实验数据结合有限元仿真拟合曲线求得，但计算结果会受到样本几何形状变化的影响。Chawla等[13]采用遗传算法和有限元相结合的方法，基于冲击实验数据，获得基于Zener模型的被动肌肉组织材料特性。为消除样本几何形状变化带来的影响，Hu等[14]基于特定样本构建几何模型，根据单轴拉伸实验数据，利用遗传算法获得了胎盘组织的材料特性。……