行人汽车碰撞损伤研究中的人体头部有限元建模方法

为了研究行人汽车碰撞事故中人体头部的生物力学响应和损伤机理,建立了一种具有详细解剖学特征的人体头部有限元模型,并且基于国外经典尸体模型实验,验证新建模型的生物逼真度。结果表明,该模型能有效地模拟汽车碰撞事故,为车辆碰撞事故中人体头颈部损伤安全防护装置研制提供理论依据。     

人体下肢有限元动力学分析模型的建立和验证

为了研究行人碰撞事故中人体下肢的生物力学响应和损伤机理,建立了一个人体下肢有限元模型．模型按人体解剖学结构建立,由髋骨、股骨、胫骨、腓骨、膑骨、足骨、韧带、腱、关节囊以及髋关节、膝关节和踝关节构成．采用了壳单元和线性弹簧-阻尼单元来模拟骨骼和软组织．模型的边界和载荷条件根据汽车行人侧碰撞实验条件确定．通过比较仿真和实验在横向碰撞载荷条件下的剪切、弯曲响应结果,验证了模型的生物逼真度．分析了在不同加载条件下有限元模型的生物力学响应和应力分布,以及与下肢损伤风险的关系．     

人体颈部动力学响应分析有限元模型的建立和验证

根据汽车碰撞事故中人体颈部损伤防护技术研究的需要。建立了一个人体颈部三维有限元模型。该模型参照人体解剖结构模拟了颈椎骨、椎间盘、小关节、韧带、肌肉和软骨等组织，共由15811个单元构成。各组织的材料特性采用了弹性、粘弹性、和刚性材料模型来描述．模型用前碰撞志愿者实验数据进行了验证。其头部的加速度、位移曲线与实验数据得到了较好的吻合。本文初步研究了软组织特性参数对于颈部运动的影响。该模型具有较高的生物逼真度，可对头颈部在汽车碰撞载荷条件下的加速度、速度、位移等动力学响应参数进行分析研究。     

3岁儿童颈部屈伸运动生物力学响应研究

利用3岁儿童头颈部有限元模型,研究儿童颈部在屈伸运动过程中的生物力学响应.完善了现有3岁儿童头颈部有限元模型,重构儿童颈部弯曲尸体实验,进一步验证了3岁儿童头颈部有限元模型有效性;对比分析了有无肌肉组织对颈部弯曲生物力学响应的影响.结果表明,弯曲仿真实验的力矩–旋转角度曲线与尸体实验力矩–旋转角度曲线相符,该模型有效性得到验证,可用于研究儿童颈部不同载荷条件下的生物力学响应及损伤机制.仿真实验中包含肌肉组织模型的颈部旋转角度明显小于无肌肉组织模型,包含肌肉组织模型在弯曲时颈部韧带最大应变小于无肌肉组织颈部模型,在研究儿童颈部生物力学响应时必须考虑肌肉的影响.     

汽车碰撞中胸-腹部的生物力学响应与损伤评价

统计表明,在汽车交通事故中人体胸部和腹部的损伤占很大的比例.为了研究汽车碰撞事故中人体胸腹部的生物力学响应与损伤机理,文中利用建立的人体胸-腹部生物力学有限元仿真模型,并引入国际同行已进行的相同部位尸体实验研究数据,对碰撞过程中人体胸腹部的生物力学响应进行了仿真分析.文献尸体实验与仿真过程中胸腹部的受力、加速度、胸腹部压缩变形量以及应力、应变分布等指标的对比结果表明,仿真结果与实验数据具有很好的一致性.研究表明,人体胸-腹部生物力学响应的有限元模拟能够准确地反应碰撞过程中人体胸-腹部的损伤程度,文中提出的模型可以用于汽车车身结构、约束系统、防护系统等方面的安全性设计和评估.     

密质骨厚度对儿童骨盆碰撞损伤影响分析

研究了应用有限元模型预测汽车侧面碰撞中儿童骨盆生物力学响应及损伤评估问题.首先,基于3岁儿童CT数据和有限元方法构建了一个具有真实人体解剖结构的3岁儿童骨盆有限元模型,并重构儿童尸体骨盆侧面碰撞实验,模型仿真结果与尸体实验曲线的趋势相一致,模型仿真结果大部分在尸体实验结果通道内,验证了模型的有效性.然后,应用该模型探讨了密质骨厚度对儿童骨盆损伤生物力学响应的影响.结果表明:儿童骨盆容易发生骨折的位置主要在耻骨支、骶髂关节、髂骨翼;密质骨厚度对儿童骨盆耻骨支的影响最大.该模型也为儿童骨盆碰撞损伤研究提供了有效手段.     

后碰撞中乘员颈部肌肉有限元模型的建立与验证

建立并验证了具有主动力响应的乘员颈部肌肉有限元模型,用于研究颈部肌肉主被动响应对后碰撞载荷下乘员头颈部动力学响应及颈部损伤的影响.运用50百分位成年男性颈部的MRI数据重建了人体颈部肌肉三维数值模型,采用克里格插值方法将其与头颈基础模型进行匹配.肌肉材料定义采用Ogden材料和Hill材料相耦合的办法以分别模拟肌肉的被动和主动特性.根据Davidsson等人开展的后碰撞台车志愿者试验数据对该颈部肌肉模型进行了验证.结果表明,肌肉激活状态下与未激活时比较,头部质心相对T1位移减小了12mm,头部角位移减小了4°,肌肉主动力影响显著.该模型的数值模拟结果与志愿者试验结果吻合较好,模型具有较高的生物逼真度,可应用于后碰撞中的乘员颈部损伤研究.     

基于汽车碰撞事故的人体头部有限元模型建立与验证

为研究汽车碰撞事故中人体头部损伤机理,建立并验证具有较高生物逼真度的头部三维有限元模型.采用计算机断层扫描和磁共振相结合的医学成像技术,利用数字图像识别和网格剖分技术,获得50百分位人体头部有限元网格.通过碰撞仿真分析,得到撞击力、颅内加速度、颅内典型碰撞位置(碰撞侧、碰撞对侧、上下枕骨)的应力和压力变化规律,并与国外经典的尸体试验数据进行对比分析.仿真分析结果与试验中颅内压力、颅内运动学等生物力学参数吻合良好,能够准确反映真实碰撞过程中人体头部的生物力学响应情况.建立的头部三维有限元模型精确度较高,能够进一步应用于汽车碰撞事故中人体头部损伤力学机理研究.     

中国人体上肢碰撞损伤有限元模型的开发

针对中国人体特征进行损伤生物力学研究的重要目的是为完善中国汽车安全法规提供科学依据.为了深入探讨中国人体损伤生物力学机理和损伤响应,根据中国人体解剖学结构,建立了具有较高精度的中国50百分位成年男性乘员的上肢有限元模型,包括上肢骨骼及关节、韧带、肌肉和皮肤等软组织.针对长骨骨干断面几何不均匀的特征,建立皮质骨不等断面厚度和形状连续变化的长骨数值模型.筛选并汇总国内外尸体实验数据,在准静态和动态加载下验证长骨和上肢模型的可靠性,以及肩关节侧面碰撞响应.结果表明,该模型能准确反映人体上肢损伤特性.     

行人下肢有限元模型的建立与验证研究

下肢损伤是行人与车辆碰撞事故中的主要损伤形式之一,建立具有较高生物逼真度的行人下肢有限元模型,可以为下肢保护提供有效的研究手段.在下肢长骨(股骨、胫骨、腓骨)、韧带(ACL,PCL,MCL,LCL)及膝关节得到全面验证的基础上,建立了包含骨骼、韧带、肌肉及皮肤等详细解剖学结构的行人下肢有限元模型,并定义了各组织间的接触.利用行人下肢弯曲的生物力学实验,对下肢有限元模型进行了整体弯曲验证.结果显示,下肢有限元模型的损伤形式、损伤发生时刻、膝关节弯矩和弯曲角度均与实验结果吻合较好,能够较真实地反映行人下肢的损伤和生物力学响应,具有较好的生物逼真度.     

行人运动状态对人车碰撞事故中行人损伤的影响

为研究车辆与行人正面碰撞时行人运动状态对行人头部、胸部加速度的影响规律,根据国家车辆事故深度调查体系（NAIS）中的真实案例,利用PreSys软件建立假人与车辆正面碰撞的有限元模型,在此基础上,研究行人不同运动状态和车辆不同碰撞速度下行人的动力学响应及头部、胸部加速度变化情况。结果表明：碰撞速度30km/h时,行人行走状态下头部加速度最大,慢跑状态下行人头部加速度最小;碰撞速度50km/h时,行人不同运动状态下头部加速度差别不明显;行走、慢跑状态下,行人胸部的加速度随着碰撞速度增大而增大;奔跑状态下,行人胸部加速度峰值随碰撞速度的增加呈先减小后增大的趋势。     

某MPV正面碰撞乘员侧胸部损伤优化

为了提高某MPV的正面碰撞安全性能,基于该车型正面碰撞试验工况,建立了乘员侧的MADYMO仿真模型。根据正面碰撞试验获得的假人损伤数据,进行了该模型有效性的验证。并依据2015版中国新车评价规程(C-NCAP)管理规定和约束系统能量管理技术,从安全带限力等级、预紧器、安全气囊气袋刚度三个方面对乘员胸部进行了优化,同时进行了试验验证。结果表明,这三个方面可以有效地降低假人的伤害,提高了该车型乘员侧在正面碰撞工况下的得分。     

正面碰撞约束系统仿真和设计参数研究

提出基于安全气囊织物进行经纬向拉神试验和画框剪切试验,研究该材料的各向异性特性.建立包括安全气囊、可压溃转向柱、带可预紧和限力器的三点式安全带等的正面碰撞约束系统模型,并将仿真结果与实车试验结果对比和验证.分别从定性和定量分析两个角度,深入讨论约束系统设计参数对假人伤害评价指标的影响,以用于指导约束系统的碰撞安全性能设...     

汽车安全带新型预紧器的结构与性能仿真分析

提出了一种作为安全带预紧器核心部件的新型离合机构, 应用该机构开发了一套新型预紧式汽车安全带, 介绍了它的结构组成、工作原理和性能特点. 建立了安全带机构力学模型, 利用ADAMS软件进行了机构仿真和分析, 在MADYMO软件中建立了正面碰撞模型, 仿真分析表明人体头部伤害指数、胸部加速度、大腿骨轴向力和胸部位移均在相关标准的规定范围之内, 其它人体损伤指标如VC、CTI和C3ms等也处在较小的区间, 说明该新型安全带能够有效降低乘员伤害值, 具有较好的乘员保护效能.     

车辆碰撞计算机模拟分析与评价

针对某型轿车进行了正面和侧面碰撞计算机模拟分析与评价.建立了含50百分位的HybridⅢ型假人及安全带约束系统的整车有限元模型,根据动态非线性有限元法的基本原理,建立碰撞过程描述方程和结构有限元离散化方程.在LS-DYNA环境下,对整车集成系统进行了正面和侧面碰撞的数值模拟和分析,求解出了碰撞时整车位移、速度和加速时间,并分析了该车在碰撞过程中主要吸能部件的吸能效果及能量与力的传播途径,以及假人的伤害程度.仿真结果表明,含假人的汽车碰撞过程计算机模拟,不仅能预测汽车结构本身的耐撞性能,还能较准确地预测碰撞过程中乘员的响应与伤害程度,对于减少实车碰撞试验次数,加快新车型开发速度具有重要意义.     

基于事故再现的行人抛距及头部损伤研究

【】本文选取了11个影响事故结果的机动车与行人状态的经验参数,并设计正交试验筛选出影响事故结果的显著参数。基于Pc-Crash仿真平台,构建长头和平头两特征的机动车模型和行人模型,分别就显著参数对两种特征车型进行事故再现仿真,并结合行人头部损伤评价指标,分析了各参数对事故再现行人抛距及行人头部损伤的影响。据此指导一例真实人车事故案例,再现了整个事故发生过程,分析并验证了以上结论。本项目研究有效提高了再现结果的精准度和客观性,能为事故鉴定提供更多的有效信息。     

爆炸冲击波致颅脑冲击伤数值模拟研究

爆炸冲击波作用头部导致的颅脑冲击伤已成为战斗医学救治中的“标志性损伤”,而爆炸冲击波作用头部时与头部相互作用过程及致伤机理尚不明确. 为了找出爆炸冲击波与头部相互作用时空气压力场变化规律及颅脑动态响应特性,进行了爆炸冲击波作用头部数值模拟研究. 建立了具有典型人体头部结构的三维有限元模型,针对Nahum尸体头部撞击实验对头部有限元模型的有效性进行了验证;基于验证的头部有限元模型,对爆炸冲击波作用头部进行数值模拟,得出了冲击波与头部相互作用时空气压力场变化规律;对头部颅内压变化情况进行分析,得出了冲击波从正面作用头部后额叶、顶叶脑组织压力会出现高频的正负压周期性波动,且会出现较高的压力峰值,为易受损区域.      

某轿车结构载荷谱采集与分析

基于关联用户用途的整车结构疲劳载荷谱采集与分析技术,采用4个车轮六分力传感器、加速度传感器和应变传感器,在海南试验场及周边实际道路上采集某参考车型整车主要结构载荷谱,并对左右后轮六分力信号部分数据进行时间域、频率域、雨流域统计分析.分析结果表明:左右后轮轴头各相同分力方向上的最大值、伪损伤值具有相近的统计特性;该车后悬架固有频率约为1.6Hz,轮胎固有频率约为12Hz;左后轮垂直方向力载荷对结构的伪疲劳损伤值为0.000 565.     

生物力学在分析交通事故成因中的应用

采用生物力学的方法分析交通事故的成因，通过对人体头部损伤耐受曲线的研究，及事故冲撞过程中人体力学模型的分析，给出受伤者颅脑损伤程度与头部撞击地面的速度，冲撞速度，冲撞位置之间的关系。