計(jì)算機(jī)模擬行人碰撞保護(hù)研究.pdf

1、在道路交通事故導(dǎo)致的人員傷害中，行人傷亡的比例占到了第二位，僅次于車內(nèi)乘員的傷害。在美國(guó)，每年大約5000名行人在機(jī)動(dòng)車輛事故中喪生，有69000名左右的行人則受到不同程度的傷害；在歐盟地區(qū)，每年在交通事故中死亡的行人人數(shù)也高達(dá)7000人．行人碰撞保護(hù)已成為汽車安全性研究的焦點(diǎn)問(wèn)題。本文綜合分析了行人碰撞事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和行人在碰撞過(guò)程中不同部位的傷害機(jī)理，并詳細(xì)介紹了目前行人碰撞保護(hù)的研究方法及發(fā)展現(xiàn)狀。按照EEVC行人碰撞

2、保護(hù)試驗(yàn)法規(guī)的規(guī)定，本文分別建立了頭部撞擊器、腿部撞擊器和大腿撞擊器的有限元模型。通過(guò)對(duì)材料模型的合理選擇以及材料參數(shù)的正確定義，本文所建立的撞擊器計(jì)算模型不僅滿足試驗(yàn)法規(guī)中的各項(xiàng)認(rèn)證要求，而且與國(guó)外相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果或模擬計(jì)算結(jié)果也吻合得相當(dāng)好。盡管近年來(lái)數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用正在不斷地趨于成熟，但是在建模人體這一復(fù)雜的生物個(gè)體時(shí)，仍然面臨著相當(dāng)大的難度和挑戰(zhàn)。本文全面論述了人體數(shù)值建模工作的復(fù)雜性以及目前人體數(shù)值模型的發(fā)展現(xiàn)狀。

3、在收集和整理了大量生物力學(xué)文獻(xiàn)研究成果的基礎(chǔ)上，參照醫(yī)學(xué)解剖圖譜，利用多種計(jì)算機(jī)軟件，建立了50％th男性行人的CAD模型和有限元模型。本文所建立的人體有限元模型不僅包含了腿部骨骼、肌肉、皮膚、韌帶等詳細(xì)的生理組織，而且綜合考慮了骨折和韌帶斷裂的傷害機(jī)制。利用幾次典型的尸體試驗(yàn)結(jié)果，分別從單根長(zhǎng)骨的靜態(tài)彎曲、人體膝關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)彎曲和剪切、臀部的側(cè)面碰撞以及行人整體碰撞響應(yīng)幾個(gè)方面對(duì)模型進(jìn)行了全面的驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果取得了

4、相當(dāng)好的吻合。在驗(yàn)證計(jì)算中，本文所建立的人體有限元模型也正確地反映出與試驗(yàn)相吻合的腿部骨折傷害和膝關(guān)節(jié)韌帶的斷裂傷害。利用已建立的撞擊器有限元模型和行人有限元模型，本文針對(duì)SANTANA2000型轎車分別進(jìn)行了行人碰撞保護(hù)子系統(tǒng)試驗(yàn)以及行人整體碰撞的有限元計(jì)算。子系統(tǒng)試驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果表明，目前SANTANA 2000型轎車的結(jié)構(gòu)只是部分滿足EEVC試驗(yàn)法規(guī)的規(guī)定。在行人與SANTANA 2000型轎車的碰撞計(jì)算中，也發(fā)現(xiàn)了與

5、近年來(lái)相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)行人下肢傷害研究結(jié)果相吻合的多種傷害模式。由于整個(gè)行人碰撞有限元計(jì)算的復(fù)雜性，本文選擇接觸問(wèn)題為代表，在作者具體工作實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)有限元計(jì)算中接觸類型的選擇、懲罰參數(shù)和懲罰剛度以及接觸厚度的設(shè)定、剛體和大變形實(shí)體單元的接觸處理給出了一些經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)。最后，本文從車身結(jié)構(gòu)的角度分析了SANTANA 2000型轎車導(dǎo)致行人傷害的原因，并對(duì)行人頭部保護(hù)和腿部保護(hù)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)思路進(jìn)行了研究，提出了“主動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩”和具