钝性冲击用胸部模拟标靶、设计方法、制作方法及应用

本发明涉及仿生材料，具体涉及一种钝性冲击用胸部模拟标靶、设计方法、制作方法及应用。

背景技术：

1、在现有技术中，防弹衣可以减小作战人员和执警人员的伤亡率，但不能完全消除枪弹对人体的损伤。子弹冲击防弹衣，对人体产生类似钝器猛击造成的损伤，这种钝击伤可能会导致人体的内脏、骨骼受损，严重时可致死。现有的研究枪弹类钝性冲击伤的胸部靶标多用弹道明胶，而明胶靶标的使用条件严格，常温下无法保存，并且无法评估钝性冲击后人体各个内脏器官的损伤。本发明设计的胸部模拟靶标含有心、肝、肺、胃、脾五大内脏器官，设计了对应人体中的2-10号肋骨和脊柱，在结构上具有很好的仿生性，可以更好的评估钝性冲击下人体内脏损伤，也为防弹衣防护性能提升、轻武器杀伤力研究提供了重要参考依据。

2、因此，现需提供一种仿生性高、更为准确评估钝性冲击下人体内脏损伤且易于生产、便于保存的钝性冲击用胸部模拟标靶及其设计方法，进一步提供其制作方法及应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种仿生性高、更为准确评估钝性冲击下人体内脏损伤且易于生产、便于保存的钝性冲击用胸部模拟标靶及其设计方法，进一步提供其制作方法及应用。

2、第一方面，本发明提供一种钝性冲击用胸部模拟标靶，包括胸腔、仿生内脏器官以及皮肤脂肪层；其中，所述胸腔包括设有器官腔的前后胸腔、胸板、胸骨、脊柱、一组肩部、一组锁骨以及多组肋骨；所述仿生内脏器官包括嵌入在对应器官腔内的仿生心脏、仿生肝脏、仿生左肺、仿生右肺、仿生胃和仿生脾脏；所述胸腔的各部件在连接结构的辅助下连接成一体，所述皮肤脂肪层套设在所述胸腔外。

3、所述仿生内脏器官和所述皮肤脂肪层采用pvc仿生弹性体制成，所述肋骨、所述胸骨、所述锁骨和所述肩部由聚苯硫醚仿骨骼材料制成，所述脊柱和所述胸板用尼龙材料制成，所述前后胸腔由pvc仿生弹性体材料制成。

4、所述胸腔的外表面设有用于嵌入所述肋骨的肋骨槽和用于嵌入所述胸板的胸板槽，所述胸骨的表面开孔用于与所述锁骨连接，所述胸骨的侧面开槽用于与所述肋骨连接；所述肋骨的两端开有连接孔，上两组的肋骨前段通过螺钉与胸骨连接，其他组的肋骨前段与通过螺钉螺母与胸板连接，所有肋骨的后端与脊柱连接。

5、所述肩部的内端与所述脊柱通过螺钉连接，所述肩部的外端与所述锁骨一一对应连接，所述锁骨的另一端通过螺钉螺母与所述胸骨通过螺钉螺母连接。

6、第二方面，本发明还提供一种钝性冲击用胸部模拟标靶设计方法包括如下步骤：

7、x1.从ghbmc人体仿真模型中提取并导出所需胸部模块，包括；心脏、肝脏、左肺、右肺、胃、脾、肋骨及皮肤脂肪层模块；

8、x2.简化处理模块，对各内脏模块的表面曲率过大处进行平滑过渡处理，并去除细窄/细长部分；去除肋骨的软骨部分和后端曲率过大部分，去除胸骨的剑突部分：处理后的各模块形成圆滑封闭实体结构；

9、x3.设计胸部其余模块，包括前后胸腔、肩部、脊柱、锁骨、胸骨和胸板；胸腔内部设置用于容纳各内脏模块的对应腔体，设计左右肩部模拟人体肩胛骨并用以支撑皮肤脂肪层，根据人体脊柱结构设计符合体生理曲度的脊柱，设计锁骨以模拟人体锁骨以连接肩部和胸骨，设计胸板以模拟人体肋软骨；

10、x4.将胸部各模块装配形成完整的钝性冲击用胸部模拟标靶模型，用螺钉连接胸骨、肋骨、脊柱、锁骨和胸板部分，将各内脏模块装配在前后胸腔模块的对应腔体，肋骨嵌在胸腔上，再皮肤脂肪层装配在胸腔外部，形成完整的钝性冲击胸部模拟靶标模型。

11、第三方面，本发明进一步提供一种钝性冲击用胸部模拟标靶制作方法，

12、设计模具：根据各个模块设计对应生产模具，分型面表面光洁且平滑避免曲率过大；其中，金属模具避免倒角，仿生内脏器官模具设置宽粗短的浇灌口且和排气孔、测温孔，模具壁厚均匀；

13、制备仿生内脏器官模块：采用浇铸成型方式制备所述仿生内脏器官，包括嵌入在对应器官腔内的仿生心脏、仿生肝脏、仿生左肺、仿生右肺、仿生胃和仿生脾脏；

14、制备其他模块：所述肋骨、所述胸骨、所述锁骨和所述肩部由聚苯硫醚仿骨骼材料制成，所述脊柱和所述胸板用尼龙材料制成，所述前后胸腔由pvc仿生弹性体材料制成；

15、装配形成完整的钝性冲击用胸部模拟标靶：用螺钉连接胸骨、肋骨、脊柱、锁骨和胸板部分，将各内脏模块装配在前后胸腔模块的对应腔体，肋骨嵌在胸腔上，再皮肤脂肪层装配在胸腔外部，形成完整的钝性冲击胸部模拟靶标模型。

16、所述仿生内脏器官的制备材料为仿生弹性体，其原料包括量比为1:2.5-3的仿生弹性材料和稀释剂质，所述稀释剂为邻苯二甲酸二异壬酯；所述仿生弹性材料的原料包括pvc糊树脂、改性剂和热稳定剂，且三者的质量比为49-52：46-48：2，所述热稳定剂为液体钙锌稳定剂，所述改性剂由邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、癸二酸二辛酯和环氧大豆油组成。

17、所述仿生弹性体的制备如下：

18、s1.按比例将邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、癸二酸二辛酯、环氧大豆油倒入同一容器中，磁力搅拌5min；再将液体钙锌稳定剂倒入，磁力搅拌5min；

19、s2.将s1制备所得的混合料倒入装有pvc糊树脂的容器中，边倒入边搅拌，全部倒入后搅拌至树脂粉与改性剂完全相融后停止，得到混合基础料；

20、s3.将s2得到的混合基础料在常温下电动搅拌1h，其中慢速搅拌30min，搅拌转速300rpm，快速搅拌30min，搅拌转速1200rpm；

21、s4.将s3搅拌好的混合基础料常温静置48h以上，其内部组分充分反应达到饱和后得到最终基础料，即仿生弹性材料；

22、其中，pvc糊树脂、改性剂和热稳定剂三者的质量比为49-52：46-48：2；邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、癸二酸二辛酯和环氧大豆油组成改性剂，且对应的质量比为39-45:6-7:2.4:1.6；

23、制备仿生内脏器官模块的步骤如下：

24、s5.将s4制得的仿生弹性材料和邻苯二甲酸二异壬酯按1:2.5-3的质量比配比混合，磁力搅拌5min；

25、s6.将s5中搅拌好的混合物料置于真空环境中在-0.1mpa的条件下抽真空至混合物料无气泡产生；

26、s7.将仿生模具清理干净并喷脱剂后，加热至115℃后拿出冷却至100℃；

27、s8.将经s6处理后的混合物料倒入经s7处理的仿生模具中，并加热至混合物料达到155℃，取出自然冷却；

28、s9.将经s8处理的仿生模具中的混合物料冷却硫化7-8h后脱模，得到各仿生内脏器官。

29、最后，本发明提供一种钝性冲击用胸部模拟标靶的应用，如上所述的钝性冲击用胸部模拟标靶或根据上述的制作方法所制得的钝性冲击用胸部模拟标靶适用于弹道冲击类高速冲击下人体内脏的损伤测试。

30、本发明技术方案，具有如下优点：

31、本发明基于人体仿真模型提出了一种仿生性高、更为准确评估钝性冲击下人体内脏损伤且易于生产、便于保存的钝性冲击用胸部模拟标靶及其设计方法，进一步提供其制作方法及应用；本发明提供的靶标含有心、肝、肺、胃、脾五大内脏模块，在结构上相比传统靶标具有更好的仿生性，可用于钝性冲击下人体内脏损伤研究，弥补了传统非生物靶标不能进行内脏损伤研究的缺陷；同时为防弹衣防护性能提升、轻武器杀伤力研究提供重要的参考意义。

32、附图说明

33、为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

34、图1 为本发明所述的钝性冲击用胸部模拟标靶制作方法流程示意图；

35、图2 为本发明所述的肋骨示意图；

36、图3 为本发明所述的胸骨示意图；

37、图4 为本发明所述的皮肤脂肪层示意图；

38、图5 为本发明所述的胸腔前部示意图；

39、图6 为本发明所述的胸腔后部示意图；

40、图7 为本发明所述的肩部示意图；

41、图8 为本发明所述的脊柱示意图；

42、图9 为本发明所述的锁骨示意图；

43、图10 为本发明所述的完整钝性冲击胸部模拟靶标示意图；

44、图11 为本发明所述的不含皮肤脂肪层的钝性冲击胸部模拟靶标示意图；