汽车交通事故中头部损伤评估模型的构建与验证

为预测与评判汽车碰撞事故中头部骨折和旋转加速度引起的脑损伤,对一位中国成年50百分位男性志愿者进行CT扫描,建立了具有中国人体特征的头部几何模型和有限元模型并进行验证.对模型仿真结果的运动学和动力学响应与本文和Nahum与Trosseille等前人的实验结果所进行的比较表明,颅内压力分布均表现出冲击-对冲的压力梯度分布模式,且压力峰值吻合较好,说明模型具有较高的生物逼真度.     

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。     

行人膝关节有限元模型的建立与验证

在前期研究中对下肢长骨和膝关节主要韧带的模型进行了全面验证的基础上,建立了具有详细解剖学结构的行人膝关节有限元模型,并定义了各组织间的接触。依据更符合实际行人事故中膝关节载荷特点的生物力学实验,对膝关节有限元模型进行了动态四点弯曲和动态三点弯剪仿真验证。结果显示膝关节模型的生物力学响应与实验结果吻合,能较好地反映膝关节的损伤和动力学响应,具有较好的生物逼真度。     

Hybrid Ⅲ 50th颈部模型低速后碰撞响应的仿真分析

为了明确Hybrid Ⅲ 50th假人颈部的低速后碰撞动力学响应特性,提出了提高其生物逼真度的方法和途径。针对头颈部低速后碰撞条件下的动力学响应,比较分析了Hybrid Ⅲ和HBM-neck模型。建立了Hybrid Ⅲ头颈部模型,并通过标定试验进行了验证。结合基于解剖学结构的HBM-neck模型,在国外志愿者进行的低速后碰撞试验条件下,对比了HybridⅢ和HBM-neck颈部模型。结果表明,HybridⅢ假人的颈部模型刚度高于HBM-neck颈部模型,合理调整HybridⅢ颈部模型的材料特性和关节位置可以获得类似人体颈部的响应特性。     

用于交通伤评估的头部有限元模型的虚拟实验验证

使用不同冲击持续时间的两种碰撞试验数据对HBM头部有限元模型进行虚拟实验验证,比较实验与仿真中头部的动力学响应参数和颅内压力.结果表明,模型的动力学响应参数和颅内压力与实验吻合较好,并且模型脑部压力分布体现出明显的冲击一对冲的压力分布模式;模型具有较好的生物逼真度,可以用于汽车交通事故中冲击一对冲伤的损伤机理和耐受限度研究.     

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。     

基于Block-Controlled网格划分法的儿童胸部建模及验证

针对目前缺乏合适的儿童胸部有限元模型,基于临床治疗过程中获得的儿童CT和MRI数据,采用Block-Controlled网格划分法建立了具有详细解剖结构的10岁儿童胸部有限元模型。模型的材料参数由成人胸部材料参数比例缩放获得。利用心肺复苏急救中获得的儿童胸部响应数据对模型进行验证。结果表明该模型能较好地预测10岁儿童的胸部响应刚度,具有良好的生物逼真度,可用于低速碰撞下的儿童损伤机理和损伤防护的研究。     

A Study on the Modeling and Its Validation for Pedestrian's Knee Ligaments

基于人体模型THUMS中的膝韧带模型,改进了材料参数和单元属性.采用近年较新的生物力学实验数据,逐个验证韧带模型在不同应变率下的生物逼真度.结果表明,膝韧带ACL、PCL、MCL和LCL在不同应变率下的拉力与位移关系曲线与试验结果吻合较好,说明模型具有较好的生物逼真度,能较准确地模拟韧带的损伤和拉伸响应.     

中国50百分位男性小腿有限元模型的建立与验证

基于下肢螺旋CT扫描,保留主要的解剖学结构,建立了中国50百分位男性小腿有限元模型。应用中国人体测量学数据进行模型缩放,对皮质骨厚度进行精确的模拟。基于Ls-Dyna材料模型模拟皮质骨拉、压特性和应变率特性。对模型进行小腿的准静态轴向压缩验证以及胫骨、腓骨与小腿的准静态三点弯曲验证和近心端1/3、中部和远心端1/3的动态三点弯曲验证。验证结果显示:仿真验证曲线与试验曲线走势吻合较好,峰值力大小与出现时刻基本一致,表明所建立的模型生物逼真度较高。     

6岁儿童骨盆有限元模型的构建和验证

采用儿童骨盆有限元模型是预测汽车侧面碰撞时儿童骨盆生物力学响应的重要方法。基于6岁儿童CT图像构建了含有真实肌肉形状的6岁儿童骨盆有限元模型,利用该模型重构了儿童尸体骨盆侧面碰撞试验,仿真计算得到的力位移曲线位于尸体试验数据通道内,吻合较好。仿真得到的粘性指数VC值曲线与6岁儿童尸体试验曲线趋势一致,说明了该模型的有效性。进一步研究了不同厚度缓冲材料对骨盆损伤的影响,发现缓冲材料确实能有效降低骨盆的损伤概率。所构建的模型具有较高的生物仿真度,可为儿童骨盆碰撞损伤的仿真研究提供可靠的工具。     

基于体压分布仿真的驾驶员座椅舒适性设计研究

本文中建立了HPM-II型H点装置有限元模型,验证了模型各部分的尺寸、质量、腰部支撑和躯干的运动学姿态,通过H点装置姿态的仿真来测量座椅的设计参数,对驾驶员人体与座椅的相互作用进行了仿真研究。首先,基于ANSUR人体数据库建立了人体几何模型,利用CPM模型设置其驾驶姿势,并建立了人体有限元模型。接着,建立了参数化的座椅有限元模型。最后,将人体有限元模型与座椅有限元模型组装到一起,设定相应的边界条件,在不同海绵厚度、腰部支撑量与支撑位置、坐垫角和靠背角下进行了人体与座椅间体压分布的仿真,得出了这些因素对体压分布的影响。本文中采用的方法为今后建立面向理想体压分布的座椅设计奠定了基础,为座椅舒适性设计提供参考。     

驾驶员运动感觉及其评价

本文提出三类感觉模拟的评价方法：主观评价，生理心理效应评价及计算机仿真评价，利用前庭系统模型，拟定了驾驶员运动感觉模拟逼真度的仿真评价方程式，并对汽车动态仿真器运动驱动算法进行了仿真评价。仿真结果表明，本文采用的前庭系统模型在所用频率范围内具有可信的精度，用它评价运动感觉模拟逼真度是行之有效的。     

基于SimSolid的液压分组模块车车架有限元仿真技术

通过对液压悬架模块车进行受力分析,掌握了其液压分组特性下的载荷分布特点,依托静力学原理和超静定结构三弯矩方程,准确计算出模块车车架的主动力、支反力和惯性力。依据达朗贝尔原理和模块车液压分组的特点,在有限元仿真中选取合适的悬架中心进行位移约束,借助SimSolid无网格结构有限元仿真软件,可以快速地对各种模块车组车架结构进行有限元仿真计算,在仿真结果相对可靠的前提下,大大提高了设计效率和设计质量。     

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。     

人体C67颈椎段的建模和验证及不同工况下的韧带损伤分析

本文中对汽车典型碰撞工况下颈部不同韧带的响应形式和特点进行研究。首先,建立了几何精确度较高的具有高质量六面体网格的C67颈椎段有限元模型;然后,对模型进行了前屈、后伸、轴向转动和侧向弯曲等多个工况的试验验证,仿真结果表明,所建立的C67颈椎段具有较高的生物逼真度;最后,在上述4种载荷形式下分析了不同韧带的响应和损伤特点。结果表明:前纵韧带在后伸工况下最容易受损伤;后纵韧带和棘间韧带在前屈工况下最容易受损伤;而关节囊韧带在前屈、轴向转动和侧弯3种工况下具有相近的损伤风险。     

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。     

基于Solidworks建模技术的工程有限元仿真分析

在工程有限元仿真分析中,现有的通用有限元分析软件有着各自的优缺点,而三维设计软件Solidworks具有超强的建模功能。笔者利用Solidworks的三维实体建模技术,以单洞四车道隧道为工程背景,建立了工程有限元仿真模拟现场的复杂模型,通过Solid-works与通用有限元仿真分析软件提供的通用数据格式,将隧道三维模型转换为有限元仿真分析网格模型。通过MIDAS/GTS计算出结果,验证了基于Solidworks建模技术应用于有限元仿真分析计算是切实可行的。     

基于有限元的高压线束温升特性仿真研究

为实现对高压线束温升特性的有限元分析，建立高压线束温升仿真等效模型并对相关仿真参数进行计算。分别在25℃和45℃工况下对高压线束进行温升特性仿真，并选取不同的测试点位与试验结果进行对比验证，误差约为1.2℃，证明基于有限元方法分析高压线束温升特性的准确性和可行性。使用有限元分析法代替试验法研究高压线束的温升特性，对加快高压线束的开发和提升其安全性具有重要意义。     

汽车吸能转向机构与驾驶员碰撞的仿真与试验

利用非线性有限元方法建立了可收缩吸能转向机构与驾驶员所组成碰撞系统的仿真模型，深入讨论了碰撞仿真模型初始条件与边界条件的处理方法、材料非线性本构关系的选择、接触对摩擦系数的确定。并按照GB11557规定的要求，对人体模块有限元模型进行了验证。分析计算了吸能转向机构与人体模块碰撞时上下套管间的收缩位移和作用在转向柱上的碰撞力，并通过相应的碰撞台架试验验证了仿真结果的正确性。