中国50百分位人体与标准试验假人正面碰撞响应差异的研究

根据中国人体尺寸参数,在国外标准假人HybridⅢ50 th假人模型的基础上,使用MADYMO软件中的缩放方法建立了符合中国50百分位身材的假人模型;加上另行建立的乘员约束系统模型,分别进行了正面碰撞仿真。结果表明,中国成年男性50百分位身材的假人模型的头部和颈部的损伤参数明显大于HybridⅢ50 th假人模型的相应参数。另外,志愿者和HybridⅢ假人的低速碰撞试验结果也表明,志愿者头部和颈部受到损伤的风险大于HybridⅢ假人的相应损伤风险。由此可见,采用HybridⅢ50 th假人进行碰撞试验不能准确反映中国人体的头部和颈部损伤情况。     

使用人体颈部有限元模型研究汽车后碰撞中的颈部损伤

在50百分位HYBRIDⅢ模型的基础上引入了HBM-neck人体颈部有限元模型,建立了后碰撞的有限元仿真模型,研究了后碰撞中人体颈部的动力学响应过程和座椅特性对颈部损伤的影响。结果表明,HBM-neck人体颈部模型可以很好地预测后碰撞中颈部的损伤风险。座椅结构对颈部损伤有很大影响,装配位置良好的头枕和通过可变形调角器提高座椅吸能性能可有效地减小颈部软组织的损伤。     

斜向撞击下Hybrid Ⅲ胸部的动力学响应与损伤评价

基于经验证的Hybrid Ⅲ有限元模型,进行假人胸部水平面内斜角度碰撞的仿真,对比了其在不同角度(30°,45°和60°)、不同速度的撞击下的动力学响应和变形特性,分析了Hybrid Ⅲ胸部斜向受载的生物逼真度。结果表明,HybridⅢ胸部斜向动力学响应不符合人体尸体响应要求,斜向载荷作用下假人胸部内置传感器的输出会显著低估了胸部可能遭受的伤害风险,容易得出错误的胸部损伤评估结论。     

能够模拟颈部肌肉主动力的混合假人模型

构建了具有颈部肌肉精确几何结构和主被动响应的混合假人有限元(FE)模型,以便研究前碰撞形式下,肌肉作用下的颈部损伤机理,这对于汽车乘员保护安全性设计很重要。用已建立并验证的50百分位男性有限元头颈部生物力学模型,来替换50百分位男性HybridⅢ假人原有头颈部;采用美国海军生物力学实验室15g前碰撞志愿者台车实验数据,对该模型进行验证。结果表明:模型输出的头部质心线加速度、角加速度、头部转动角度、以及颈部转动角度,均能较好地拟合实验通道曲线。因此,该模型可用于车辆交通事故中人体头颈部损伤生物力学研究。     

冲击载荷下Hybrid Ⅲ假人颈部应力与应变

为研究对假人颈部软材料在冲击载荷下的动态力学响应,模拟了摆锤冲击工况和佩戴三点式安全带的Hybrid Ⅲ假人滑车正面碰撞工况。模拟中,基于验证的Hybrid Ⅲ 50百分位男子假人有限元模型,使用了非线性动态显示有限元仿真分析方法。在两种结构、两类载荷下,比较了颈部橡胶材料的局部应力和应变。结果表明:法规认证的颈部试验载荷工况比滑车碰撞工况严重。因此,为准确表征假人橡胶材料的力学行为,需要设计一种能够反映整车碰撞环境下假人颈部变形特征的材料试验;试验中,要求应变达到1.5,且应变率达到50 s-1;其应力状态包括单向拉伸/压缩、纯剪切、双向拉伸/压缩,以及体积压缩。     

汽车低速追尾碰撞中人体颈部伤害及保护系统研究

在MADYMO软件中使用BioRIDⅡ后碰撞假人建立追尾碰撞模型,分析了头枕位置和倾角参数对汽车发生追尾碰撞时头颈部动力学的影响,并使用颈部损伤准则值NIC和Nkm来评估颈部损伤的风险。仿真结果表明这些因素对颈部的动力学响应有着重要影响,高而且靠近头部,并且有适当增大倾角的头枕,有助于减小颈部的损伤。     

基于SAE J2114翻滚试验的THUMS人体模型损伤研究CSCD

研究了台车翻滚试验中驾驶员侧人体动态响应,再现无约束状态下人体头部、颈部真实损伤情况。基于THUMS人体模型进行人体损伤模拟,运用LS-DYNA有限元仿真方法,在Ford Explorer有限元模型的基础上建立整车翻滚模型,将仿真结果与碰撞测试数据库中SAE J2114某台车翻滚试验结果进行对比。结果表明:前1.1 s内,驾驶员颅骨和颈椎骨折风险较小,但是颅脑有损伤的可能性。因此,该模型能反映实际翻滚事故中的乘员损伤趋势和车辆碰撞特性。而且利用THUMS人体模型能模拟乘员的运动响应,可直观地描述人体的受伤部位,但是HybridⅢ50%男性假人颈部不能如实反映人体在翻滚中动态响应。     

1.5岁儿童假人颈部伤害预测分析

为解决儿童碰撞试验中P1.5儿童假人颈部伤害数据匮乏,导致相关测评方法、标准制定提出颈部伤害限值困难的问题,本文进行了P1.5儿童假人与Q1.5儿童假人正面碰撞对比试验,建立了假人头颈部受力分析模型,分析假人颈部受力情况,并利用Q1.5儿童假人试验数据完善并验证了模型。应用该方法可预测P1.5儿童假人颈部损伤水平,补充P1.5假人试验中颈部伤害数据的匮乏,增加儿童颈部伤害可用数据量。     

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。     

车辆乘员眼部损伤风险仿真评估

基于中国50百分位成年男性人体测量学参数,开发了具有眼组织生物力学响应的中国体征安全假人头部模型。在LS-DYNA软件中验证了跌落标定试验中头部模型的加速度响应,探究了正面碰撞工况下气囊对眼组织损伤的影响。并利用仿真数据建立了归一化能量与眼组织损伤概率的损伤风险曲线。结果表明,在头部跌落仿真试验中,中国体征碰撞假人头部加速度响应高于HybridⅢ假人;在正面碰撞工况下乘员约束系统仿真试验结果表明,当碰撞速度高于55 km/h时,视网膜脱落风险将增大,巩膜von Mises应力、变形量均达到引发眼球破裂损伤的阈值。     

加载位置对Hybrid Ⅲ假人胸部响应影响

在世界各国汽车安全碰撞法规和NCAP试验中,大多都会采用HybridⅢ假人的胸部最大压缩量来评估车辆对乘员胸部的防护效果。但因HybridⅢ假人的胸部最大压缩量采用定点测量办法,使测量结果易受加载位置的影响。针对该问题,本文通过假人胸部低速冲击标定试验,研究了加载位置对HybridⅢ假人胸部压缩量的影响。结果表明,Hybrid Ⅲ50~(th)男性假人的最大胸部压缩变形与摆锤撞击中心在Z方向的偏移量呈线性(R~2=0.9554)负相关性。Hybrid Ⅲ 5~(th)女性假人由于乳房的影响,虽然加载位置对胸部最大压缩变形仍然有较大的影响,但胸部最大压缩变形与冲击加载位置的相关性不如男性假人那么明显。最后利用标定试验中获得的Hybrid Ⅲ 5~(th)男性假人的最大胸部压缩变形与摆锤撞击中心位置的相关性方程对同一车型的两个不同安全带佩戴位置的假人胸部最大压缩变形进行了修正。     

基于C-NCAP中MPDB试验对HybridⅢ5百分位假人的伤害分析

正面50%重叠移动渐进变形壁障（MPDB）工况是源于不同类型车辆碰撞相容性的研究,本文针对MPDB试验中的Hybrid Ⅲ 5百分位假人在碰撞试验中受到的损伤进行研究。通过对比汽车副驾位置的Hybrid Ⅲ 5百分位假人和驾驶员后排位置的Hybrid Ⅲ 5百分位假人的头颈,胸腹部,大腿、骨盆等身体部位的伤害值,分析Hybrid Ⅲ 5假人在车辆不同位置的损伤情况。结果表明,Hybrid Ⅲ 5假人在副驾位置时比在主驾后排位置时受到的损伤较小,尤其是其头部HIC值和头部合成加速度方面。     

侧面碰撞用假人标准

世界各国的汽车安全标准纷繁复杂,对于汽车界而言,十分希望能统一全球的汽车安全标准,然而却困难重重。目前世界上有两大汽车侧面碰撞用假人:SID和Euro SID。SID是美国侧面碰撞试验用的假人,EuroSID是欧洲侧面碰撞试验用的假人。它头部采用美国正面碰撞假人Hybrid Ⅱ,胸部采用Hybrid Ⅲ,可做头部     

六点式安全带防护效率试验研究

利用Hybrid Ⅲ 50th假人佩戴六点式安全带进行了前碰撞试验,并对比分析了三点式安全带约束下的头部和胸部损伤值.在试验基础上,又进行了Hybrid Ⅲ 50th假人仿真对比分析.结果表明,六点式安全带较三点式安全带头部和胸部损伤值明显降低,尤其是胸部压缩值.分析指出,进一步优化安全带的强度和材料参数可以获得更好的保护效果.     

基于正碰台车试验的座椅子系统安全性能研究

为了探究座椅子系统正面碰撞台车试验的影响因素,在建立某商用车双人副驾驶座椅有限元模型的基础上,应用HybridⅢ第50百分位假人,搭建了座椅子系统正面碰撞台车试验的分析模型,用台车试验对仿真模型进行了验证。通过正交试验法,系统地研究了安全带初始拉出量,假人与安全带、假人与坐垫、假人与地板、安全带与肩部滑环、安全带与腰部滑环的摩擦因数对假人H点前移量、下潜量的影响。结果表明,安全带初始拉出量、假人与坐垫的摩擦因数对试验结果影响显著。     

汽车碰撞中颈部肌肉组织神经兴奋性对乘员损伤影响的研究

为研究汽车碰撞中神经兴奋性引起颈部肌肉力的变化对乘员损伤的影响,建立了低速正面碰撞与追尾碰撞模型,对乘员运动响应进行了仿真分析。然后使用汽车驾驶模拟器采集真实驾驶员颈部主要肌肉的肌电信号,验证了仿真结果的有效性。结果表明,在低速工况下,颈部肌肉紧张会约束头颈部的运动,头部有后倾上扬趋势,颈部受力大小有所增加。考虑颈部肌肉组织的神经兴奋性,能更真实地再现碰撞中乘员头部和颈部的运动响应,为颈部损伤评价准则的修正和乘员心理和生理变化对人体损伤影响的研究提供参考。     

中国假人头部皮肤材料参数优化设计研究

为探究皮肤材料参数对中国体征假人头部力学响应的影响,采用非均一缩放方法对Hybrid Ⅲ 50th假人头部有限元模型及标定限值进行缩放,获得了中国50百分位假人头部模型及标定限值。基于该模型,借助正交试验设计方法,构造多项式响应面代理模型,结合优化算法,得到了更逼近于中国真实人体头部力学响应性能的皮肤材料参数。该组参数可为中国体征物理假人头部皮肤材料配比研究提供相应指导。     

汽车正面碰撞中乘员约束系统对乘员的保护分析

根据汽车碰撞特性,文章系统地介绍了汽车安全带、安全气囊等乘员约束系统对乘员的保护.利用MADYMO软件建立HybridⅢ第50百分位男性假人模型、三点式多刚体一有限元复合式安全带和有限元安全气囊等乘员约束系统模型,在4种情况下进行正面碰撞的模拟,对比分析乘员的受伤程度.     

混合Ⅲ型50百分位假人头部有限元模型建模与对比研究

针对已公开的HybridⅢ第50百分位假人头部有限元模型过于简陋和网格尺寸过大的问题,建立了5种不同网格尺寸的Hybrid Ⅲ 50百分位假人头部有限元模型.通过模型有效性验证发现,当网格尺寸大于10mm时由于沙漏能过大而导致模型仿真失效;等于4mm时模型接近于可能仿真失效;小到2mm时模型沙漏能得到了较好的控制且整个头部模型有很好的细节表现.具有该网格尺寸的头部模型较适用于头部接触碰撞的仿真,且可用来建立整体碰撞假人模型.在对头部皮肤与头盖骨之间接触特性的研究中发现,定义了头部皮肤与头盖骨之间的接触使仿真HIC值非常接近于试验值,消除了未定义接触时产生的约20%的误差.     

汽车碰撞模拟计算中假人下肢模型的研究改进

汽车碰撞模拟计算技术已在汽车行业中广泛应用ＭＡＤＹＭＯ软件的假人数据为中混合Ⅲ型标准假人模型已被工程技术人员广泛用地碰撞模拟中，以评估乘员保护系统的有效性。对该种假人头部，颈部，躯干，骨盆的大量验证工作已见诸文献，而假人下肢，特别是脚踝部的模型验证工作则开展很少，在实际汽车碰撞事故中，下肢保护已成为突出的问题，所以本文根据碰撞试验数据，对混合Ⅲ型假人肢数学模型进行了改进，对评估乘员保护系统，可提供