行人碰撞事故中颈部肌肉主动力对头部损伤的影响

本文旨在研究不同碰撞速度和行人步态条件下颈部肌肉主动力对行人头部损伤的影响。首先，采用湖南大学头颈HHNM-Ⅲ模型，取代LSTC假人模型头颈部分，构成行人混合假人模型并运用尸体实验数据验证该混合模型的有效性。然后运用该模型进行仿真，以分析不同碰撞速度下，撞击侧腿后摆和撞击侧腿前迈两种行人步态对行人头部损伤的影响。结果表明：在低速碰撞下，颈部肌肉会降低头部的运动幅度，但会使头部损伤风险增大；撞击侧腿后摆步态下的行人头部损伤比撞击侧腿前迈的步态严重；在高速碰撞条件下，颈肌对头部损伤的影响较小。     

人-车碰撞时行人头部撞击特点及其试验评价方法研究

通过对行人交通事故数据的统计分析，说明了人-车事故中行人头部损伤防护的重要性。介绍了EEVC法规提出的头部模块碰撞试验评价方法，并指出了其对平头微型车无法进行评价。通过建立行人与轿车及平头微型车的碰撞仿真模型，分析了该两种车型在与行人碰撞时的运动特性差异，得到了行人与平头微型车碰撞时的头部撞击特点。根据行人头部碰撞安全性评价需要．提出了结合事故统计分析及计算机仿真分析的行人头部安全性评价方法。     

基于事故再现的行人头地二次碰撞损伤机理分析

由于多体动力学模型能够准确再现事故过程,获得头部落地时刻行人头部的碰撞参数,有限元分析方法能够准确分析行人头部的损伤情况。故文章结合多体动力学模型与有限元分析方法,采用事故再现的方法研究车辆行人碰撞事故中行人头部撞击地面的损伤机理,为行人保护和车辆外形改善提供理论依据。首先用PC-Crash再现汽车行人碰撞案例,仿真结果表明,多刚体模型能够准确地模拟事故现场,从而获得行人头部落地的速度和角度;接着建立了具有精细面部结构的人头有限元模型;最后将事故重建得到的碰撞参数作为边界条件,分析行人头部与地面的碰撞,确定颅内压力、von Mises应力等生物力学参数。结果表明,行人头部撞击地面后,应力波会在颅骨内外传播,并在颅骨和脑组织中产生不同程度的应力集中,当应力超过一定限度时,则会引起不同程度的脑损伤。     

人-车碰撞时行人头部撞击特点及其试验评价方法研究

文中通过对行人交通事故数据的统计分析,说明了人-车事故中行人头部损伤防护的重要性。介绍了EEVC法规提出的头部模块碰撞试验评价方法,并指出了其对平头微型车无法进行评价。通过建立行人与轿车及平头微型车的碰撞仿真模型,分析了这两种车型在与行人碰撞时的运动特性差异,得到了行人与平头微型车碰撞时的头部撞击特点。根据行人头部碰撞安全性评价需要,提出了结合事故统计分析及计算机仿真分析的行人头部安全性评价方法。     

用于儿童头部损伤生物力学研究的碰撞理论模型建立及验证

机动车事故和跌落等碰撞工况是造成儿童头部受伤的重要原因，研究碰撞过程中儿童头部的动力学响应对于头部损伤的预测具有重要意义。头部动力学模型能够快速预测不同碰撞场景下头部动态响应结果并进而预测头部损伤风险。首先，建立考虑颅骨及皮肤厚度和形态曲率的儿童头部碰撞理论模型用于预测儿童头部在碰撞工况下的响应。然后，通过儿童头部CT扫描提取颅骨及皮肤几何结构，对颅骨和皮肤三维重建后进行分割和定量离散，分别得到能描述颅骨内侧、颅骨外侧及皮肤形态的离散点集群，通过计算得到碰撞点周围的平均曲率与厚度，基于建立的头部碰撞理论模型可计算不同碰撞位置(不同厚度和曲率)的碰撞力。最后，通过碰撞试验对建立的碰撞理论模型进行验证，使用不同年龄的小型猪头部作为儿童头部的代替品进行碰撞试验，将试验结果与上述建立的理论模型对小型猪头部碰撞响应的预测结果(基于小型猪头部的真实的形态曲率、皮肤和颅骨厚度数据)进行对比。研究结果表明：建立的理论模型可以较为准确地预测碰撞脉宽和最大碰撞力；提出的儿童头部碰撞动力学理论模型能够快速预测头部不同碰撞位置的动力学响应，可以为儿童头部损伤的进一步研究提供参考和理论支撑。     

城市公交车内儿童乘员头部损伤的有限元分析

基于已验证的具有详细解剖学结构的头部模型和儿童假人身体有限元模型,构建了具有高计算效率的6岁儿童混合人体有限元模型,结合构建的城市公交车整车有限元模型,选取儿童乘坐公交车时的4个典型位置,对公交车紧急制动和正面碰撞工况下的儿童头部损伤进行了仿真。结果表明,公交车正常行驶紧急制动时头部不会损伤,但在有交通事故发生碰撞时可能会出现头部损伤,给出了容易发生碰撞损伤的乘坐位置,并对头部碰撞损伤的特点进行了分析,为公交车内儿童乘员的安全防护提供理论支撑。     

聚丙烯复合材料发动机罩盖行人头部保护优化设计

为研究车辆与行人发生碰撞时汽车发动机罩盖对行人头部的保护性能,减少人车事故中行人的受伤害程度,建立了行人头部冲击器撞击发动机罩盖的有限元模型,分析了行人头部冲击器撞击相同结构的聚丙烯复合材料、钢制发动机罩盖的行人头部保护性能,比较了不同材料发动机罩的吸能特性,探究了发动机罩盖影响头部HIC值的主要影响因素。设计3因素2水平的正交试验,利用LS-DYNA依次进行了试验的仿真计算与分析,确定了各影响因素对头部HIC值的影响顺序,并对复合材料发动机罩盖的结构参数进行了优化调整。为降低复合材料发动机罩盖的头部碰撞损伤相关加速度值,增加其吸能特性,对翼子板进行了局部结构优化设计。结果表明:经过局部优化,铰链结构能使碰撞区域远离行人头部与翼子板尖角处碰撞最为激烈的发动机罩铰链边缘区域;弱化翼子板侧边垂直尖角的结构,能够起到一定的吸能作用,对行人起到保护效果;改进后的长玻纤增强聚丙烯复合材料发动机罩盖的质量相比原来降低51.5%,更有利于满足对车身的轻量化要求,增加车辆燃油经济性;对长玻纤增强聚丙烯复合材料发动机罩盖的静态刚度进行了分析,扭转刚度得到增加,弯曲刚度和侧向弯曲刚度值变化在10%范围内,符合设计要求。     

基于轿车-行人事故重建的行人颅脑损伤研究

通过深入的轿车-行人事故调查研究建立了行人事故数据库,挑选了其中12例轿车-行人碰撞事故,运用轿车-行人碰撞多体模型进行了事故重建.根据其结果,采用回归分析方法建立了运动学参数与行人颅脑损伤的相关回归模型,求得各参数之间的相关性.研究结果表明,轿车-行人碰撞速度与头部碰撞时间、头部碰撞相对速度、行人抛出距离以及头部损伤HIC值之间有着显著的相关性;速度限制和改进汽车前部结构可在一定程度上降低行人头部损伤风险.     

基于行人保护的翼子板结构优化

汽车翼子板与发动机罩交界处是造成行人头部严重伤害的区域。往往导致行人的死亡。文中建立了头部碰撞器与车辆前部有限元模型。使用LS—DYNA来仿真头部碰撞器与翼子板发动机罩交界处的撞击试验。通过几个方案的改型,得出比较满意的结果,为现有车型提供了一些较可行的改型方案。     

轿车前部结构参数对儿童头部损伤影响分析

在轿车-行人碰撞事故中,影响行人头部损伤的车辆前部结构参数主要有:保险杠中心离地高度、保险杠宽度和伸出长度、发动机盖前缘高度及发动机盖倾斜角等.文中首先建立了儿童行人的仿真模型,并利用事故重建验证了仿真模型的可靠性;接着采用正交试验分析了上述参数对儿童头部伤害指数的影响;最后将所得结果和成年行人头部损伤的相关指数进行比较.结果表明,前部结构参数对儿童头部损伤的影响比成人的大,其中发动机盖前缘高度对儿童行人头部伤害的影响最为显著.     

行人头型撞击前风挡玻璃区域的损伤风险分析

针对行人头部防护开展研究,建立了符合GTR要求的4.5kg成人头部模型.通过虚拟试验方法使用成人头部模型对轿车前风挡玻璃进行冲击分析,比较不同碰撞部位及相关结构对人体头部损伤评价指标的影响.结果表明,头部损伤风险表现出明显的区域分布趋势,针对特定结构进行设计,可以有效降低风挡玻璃导致头部损伤的风险.     

Analysis of neck fractures from frontal collisions at low speeds

Neck fracture is a major cause of death in traffic accidents. This pattern of injury normally occurs in a frontal collision or overturn of a vehicle. This study investigates the case of a neck fracture from a low-speed collision. In the examined case, the passenger in the front seat of the car fractured his neck and died. He did not have his seatbelt on when the vehicle slipped on a frozen road surface on a downward slope of a hill and impacted into the shoulder of the road at low speed. In this type of collision, an occupant’s body will be impacted by the windshield or other interior trim of the car. However, in this case, rather unusually, neither body tissue nor fiber remained although the collision involved a broken windshield. Thus, the reason for the passenger death was unidentified. This study applied the computer simulation package Madymo for analyzing the accident. The result of the simulation was that the passenger, who did not wear a seatbelt, moved forward due to inertia. The upper part of the passenger then rotated and lifted when the knee contacted with the dashboard. By evaluating the structural deformation of the vehicle at the front, we deduced that the collision velocity was 30 km/h. Through a computational experiment that was undertaken using Madymo 7.0, NIC was estimated to be 240 m²/s². This result far exceeded the threshold for neck injuries. In particular, in comparison with whiplash injuries, when the passenger’s head directly impacts the roof following a rear-end collision, the bending moment through hyperextension of the neck is greatly increased. In this study, we concluded that the manner of death was the hyperextension of the neck, as the passenger’s head contacted the roof from underneath.     

基于数值生物力学模型的汽车正面碰撞中肥胖驾驶员头颈部损伤研究

以THUMS男性50百分位有限元模型为研究对象,使用Hypermesh软件中的Hypermorph功能对THUMS男性50百分位有限元模型进行网格变形,得到一系列不同BMI的肥胖有限元模型。建立了汽车正面100%重叠率碰撞仿真模型,对比了肥胖乘员与非肥胖乘员头、颈部的损伤差异。研究表明,头部损伤部分,BMI并未对HIC_(36)表现出显著性影响,但另外一种头部损伤指标CSDM_(0.15)表现出了与BMI呈正相关的趋势,肥胖乘员相比非肥胖乘员头部损伤风险更大;颈部损伤部分,颈部黄韧带、棘间韧带和前纵韧带的伸长率随着BMI的增加而增加,且无论是非肥胖乘员还是肥胖乘员,三条韧带都在同一区域出现最大伸长率,换而言之,随着肥胖程度的增加,颈部可能出现损伤的位置并未明显偏移,颈部发生损伤的风险未表现出明显差异。     

玄武岩纤维/铝合金层合板低速冲击性能及应用研究

制备一种玄武岩纤维/铝合金层合板复合结构,通过试验和仿真,探讨该复合结构的拉伸、压缩、剪切、弯曲和抗冲击特性。采用连续壳单元模拟纤维层,建立低速冲击仿真模型,从能量吸收、接触力和层合板损伤程度3个方面,研究铺层结构和冲击载荷角度对纤维金属层合板抗冲击性能的影响。最后,将纤维金属层合板应用于发动机罩外板,进行发动机罩静态刚度和行人头部碰撞仿真分析。结果表明,与原发动机罩相比,纤维金属层合板发动机罩的弯曲刚度和扭转刚度均有不同程度提高,行人头部保护性能得到改善。     

基于人体损伤特征信息的人车碰撞事故车速分析研究

综合国内外的相关实验、仿真与统计研究进展,基于人体损伤与碰撞速度之间的关系特点,对人车碰撞事故的车速分析方法进行研究。根据交通事故人体损伤的特点,构建了人体损伤特征参数及其描述模型,将损伤分为脏器损伤和骨折两部分进行描述及评分。利用统计、再现等方法探寻头部的MAIS值、HIC值与车辆碰撞速度三者之间的相关性联系,构建了MAIS-HIC-v综合模型,以此为基础建立了车速分析模型,开发了人车碰撞事故车速分析模块,可根据事故现场信息特点选择适当的计算方法,结合人体损伤信息进行车速分析。     

基于潜类别Logit模型的两轮车骑行者头部损伤影响因素研究

为研究汽车-两轮车碰撞事故中骑行者头部伤害的影响机理,探究头部损伤致因关系中存在的模式差异与异质性,基于中国交通事故深入研究（CIDAS）数据库中的2 806起两轮车事故,建立潜类别Logit模型。以骑行者头部伤害严重程度为因变量,将驾驶人、车辆、道路、环境和事故碰撞特征的相关因素作为自变量,取显著水平为0.05,建立多项式Logit模型,在此基础上根据拟合优度指标确定最优分组数并构建出潜类别Logit模型。研究结果表明:模型将事故样本划分为2个类别群体,2个群体在参数、变量分布特征和预测概率上存在显著差异,当事故样本具有“两轮车初始速度>30 km/h”、“骑行者碰撞后抛出距离>10 m”等特征时易被归类到类别1,且类别1对应于更严重的头部伤害;骑行者年龄>50岁、汽车类型为商用货车、两轮车类型为摩托车、事故发生在市区外、两轮车初始速度>30 km/h、头部碰撞玻璃和抛出距离>5 m都会增加头部损伤的严重程度;汽车驾驶人行驶意图为停车或变道时,存在造成严重两轮车事故的风险;佩戴头盔会减弱骑行者头部受到的伤害。      

电动二轮车驾驶人头部损伤再现不确定性方法

为了减少交通事故中不确定性信息在受伤害者损伤再现中造成的不利影响,采用拉丁超立方(LHS)试验设计和响应面蒙特卡洛相结合的方法对电动二轮车驾驶人头部损伤再现进行损伤不确定性分析。首先采用多体系统动力学方法对具有详细事故信息(含视频信息)和损伤记录的2起电动二轮车事故中的汽车碰撞速度进行再现和不确定性分析,并对比事故信息(视频信息、最终位置、电动二轮车驾驶人的运动学),进而验证事故再现结果的有效性。在此基础上,应用有限元方法将获得的电动二轮车驾驶人头部碰撞的边界条件加载至THUMS人体头部有限元模型,分析电动二轮车驾驶人头部损伤参数的不确定性与简明损伤准则AIS累计频率的分布关系,并对比电动二轮车事故案例中电动二轮车驾驶人的头部损伤法医鉴定记录。研究结果表明:蒙特卡洛不确定性分析方法能够较准确地预测电动二轮车事故中的汽车碰撞车速,采用该分析方法获得的电动二轮车驾驶人头部损伤等级与法医鉴定的脑部损伤记录高度吻合;蒙特卡洛不确定性分析方法可以适用于评估电动二轮车事故中电动二轮车驾驶人的头部损伤等级,研究结果可为电动二轮车驾驶人头部损伤研究提供理论依据和实证方法。     

汶川地震中斜交连续梁桥震害机理研究

汶川地震中,斜交桥区别于直桥的典型震害现象为主梁的面内刚体转动.为研究其震害机理,以2跨及3跨预应力混凝土斜交连续梁桥为研究对象,建立数值分析模型,分析碰撞效应和结构偏心效应对主梁转角的影响.分析结果表明,斜交连续梁桥在地震作用下导致梁体面内刚体转动的主要原因是梁体与桥台或桥联间的碰撞效应与结构偏心效应.     

行人保护气囊设计与验证

在近几年我国实际交通事故中,超过70%的事故涉及弱势道路使用者,汽车对他们的保护需求日益凸显。本文中基于一款A级轿车,对能保护弱势道路使用者头部、并与弹起式发动机罩相配合的保护气囊(简称行人气囊)进行了设计和验证。首先,设计行人气囊的包型和布置,基于弹起式发动机罩仿真行人气囊头型冲击、联动展开等工况;其次,利用试验和理论推导对仿真结果进行验证,修正行人气囊和弹起式发动机罩的关键参数;最后,基于C-NCAP头型冲击试验,探究该行人气囊的保护效果。试验结果表明,基于该车开发的行人气囊对头部的保护效果良好,伤害降低60%以上,得分率高达93.1%。     

基于NAIS数据库中视频信息的人—车碰撞事故特征分析

选取中国国家车辆事故深度调查体系(NAIS)数据库中51例包含视频的人—车碰撞事故,进行了特征分析,分析内容包括:人—车碰撞危险场景、碰撞前人—车相对位置、行人碰撞运动响应、人—车碰撞包络线分布、头部落点分布等。结果表明:提取的10种场景,基本覆盖了各种人—车碰撞事故工况;对行人的探测,视场角(FoV)比探测距离更重要;轿车易导致行人正向旋转,单厢车易导致行人负向旋转;人—车碰撞包络线(WAD)主要集中在车辆两侧;致命伤的头部落点主要集中在前风窗玻璃下半部分、左右侧中部以及A柱附近。因此,基于碰撞视频信息可提高人—车碰撞事故特征分析的准确性。