用于交通事故分析的汽车碰撞模型

随着汽车总量的增长,我国已成为交通事故发生频率最高的国家之一。根据事故现场痕迹结合汽车碰撞规律判定汽车碰撞前车速,已成为事故鉴定和汽车安全性研究的重要课题。文章分别在动力学和刚度分析的基础上建立了一维碰撞的速度模型,阐述了二维碰撞运动模型,并通过对一个正面碰撞案例的验证说明了刚度分析法的合理性与实用性。     

交通事故中车辆碰撞模型的研究与发展

对当前国内外交通事故再现分析领域的研究背景和现状给予了介绍,详细阐述了二维碰撞过程中碰撞阶段的数学模型,并指出模型有待于进一步研究的几方面内容,以及今后的发展趋势。     

基于变形能的汽车碰撞分析新模型

提出了基于变形能的汽车碰撞分析新模型，以动量守恒为基础，根据恢复系数与碰撞过程中的能量损失，建立补充方程来进行碰撞过程的分析计算。谊模型分析过程简单可靠。可以方便地应用于碰撞过程的研究。     

基于统计学的参数化儿童头部有限元模型的建立及碰撞事故再现

交通事故和跌落是儿童头部损伤的主要原因。为了解决单个儿童头部个体有限元模型开发周期较长以及儿童尸体试验极度缺乏的问题,以CT数据为依据,通过主成分分析和回归以及径向基函数的方法,建立了具有统计意义的、能够代表新生儿、1.5个月和3个月这3个年龄段的儿童头部有限元模型并通过试验进行验证。使用这3个模型对实际生活中3个儿童头部碰撞造成骨折的事故进行再现。结果表明:仿真中儿童颅骨上最大von Mises应力的分布较好地吻合了事故中骨折的特点,骨折区的最大等效应力远远超过了颅骨的近似失效应力10MPa,说明所建立的参数化儿童头部有限元模型要明显优于单个个体模型,并且能够较好地对事故中儿童颅骨碰撞损伤进行复现和预测。     

汽车二维碰撞模型参数敏感度分析

根据线性方程组误差分析理论,推导出汽车二维碰撞模型解的相对误差上界估算方程。利用该方程并结合数值算例,分析了汽车质量及碰撞中心参数的敏感度。结果表明:质量参数的小扰动引起求解结果误差不大,而碰撞中心参数的小扰动则会给求解结果带来大的误差。还给出了对碰撞中心参数的调整应遵循的原则。所得结果对参数调整及选择具有一定的参考价值。     

基于车身变形的汽车碰撞事故再现方法

研究了采用变形/能量原理进行汽车碰撞事故再现的方法.该方法根据碰撞后汽车的车身变形量计算车辆的碰撞速度和运动过程,并在一起真实的两车碰撞事故中进行了应用.仿真结果表明,车身碰撞变形与实际变形情况吻合,再现了两车碰撞后的运动过程.验证了其对于缺少制动印迹的汽车碰撞事故再现分析的有效性.     

人车碰撞事故再现研究

论述了人车碰撞事故再现的仿真方法和发展趋势，强调了研究平头车撞人事故再现的重要性，提出了相应的事故再现方法．该方法应用了有限元一多刚体接触法，能更好地模拟行人与大客车曲面之间的相互作用，以及由此引起的人体损伤,以两起真实大客车事故为例，初步验证了再现平头车与行人碰撞事故的可行性,还结合法医报告考察了行人的损伤情况，指出基于人体损伤进行事故再现所面临的问题.     

人车碰撞事故的行人初始状态研究

为进一步提高人车碰撞再现的逼真度,研究碰撞前行人初始状态及相应的仿真实现方法,提出一种基于行走的行人假人的事故再现方法.该方法利用行人多刚体仿真模型,计算行人行走过程的动态响应,并以此确定事故再现所需的行人姿态、速度等参数.通过对一起真实事故的研究,应用不同的行人初始状态确定方法进行人车碰撞仿真,分析了不同方法对再现结果的影响.     

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.     

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.     

基于乘员运动的事故再现

为了向交通事故再现提供新的依据,研究了动量冲量法与多体动力学法结合的乘员运动仿真,提出了两类算法的耦合方法.将该方法应用到真实交通事故,依据乘员被抛出车外后的落点位置进行事故鉴定.建立了包括车辆、乘员、地面在内的全三维多刚体仿真模型,以等效加速度脉冲代替碰撞冲击信号,再现乘员的车内和车外运动,并分析动量交换时间对鉴定结果的影响.将仿真结果与法医鉴定结果比较,初步验证了该模型和方法的可行性.     

大型壳体类零件虚拟装配系统的开发

分析了航空航天领域大型壳体类零件的结构特点和装配要求,提出将零件看作自由曲面、通过虚拟装配仿真指导实际装配的方法,并进行了虚拟装配中的模型重构和装配仿真等.开发了基于CATIA软件的大型壳体类零件虚拟装配系统,并通过工程实例对系统的可行性进行了验证.结果表明:该系统能够根据零件检测数据重构零件模型,对零件重构模型进行装配过程仿真,并对装配体进行间隙分析,将分析结果以色图的形式进行显示及以数字的形式进行输出,为实际装配提供数据指导.     

基于物元模型的交通影响程度研究

根据我国交通影响程度的研究现状，基于物元模型理论，选取饱和度作为交通服务水平的评价指标，建立了判定评价交通影响程度的物元模型．通过实例验证了该方法的实用性与可靠性．     

泥石流冲击特性模型试验

针对沟谷泥石流,建立了泥石流冲击试验模型,选定0.3～0.8cm、0.8～15cm和1.5～3.0cm等3种固相粒径组和0.02、0.08、0.16、0.20、0.25等5种固相比,拟定了15种水石流试验工况;实施了40余组模型试验,采用Fastcam-ultima1024型高速摄像机、HS200型动态应力传感器和多通道动态应变仪等测试仪器获得了85000多个测试数据。试验结果表明,低固相比时,泥石流脉动特征显著,泥石流阵流特性随着固相比增大逐渐显现,且随着泥石流中固相颗粒粒径增大,出现初始阵流的时间提前;随着固相比及固相颗粒粒径的增大,泥石流冲击力具有非线性增加趋势;泥石流沟口的平均流速随着固相比增大具有降低趋势。成果可为系统实施不同浆体粘度及不同固相比泥石流冲击特性试验及理论研究提供科学借鉴。     

液体飞溅及冲击壁面问题的分析

剧烈运动的液体中飞溅出来的液团对壁面冲击会引发容器的安全性问题,为此该文对液体飞溅及冲击壁面问题的数值模拟方法进行了研究.综合各种运动界面数值模拟方法,建立了液团飞溅的临界条件.基于动能定理以及弹性力学的Boussinesq解和Flamant解分别导出了三维和二维轴对称情况下壁面冲击载荷计算公式.将该方法应用于液态金属快中子增殖堆的假想堆芯破损事故分析,结果与多个程序的计算结果较好吻合,说明该方法是可行的.     

载人飞船座椅着陆缓冲系统的动力学模型

在载人飞船着陆冲击中,座椅缓冲系统对宇航员防护具有重要意义.基于飞船返回舱整舱跌落试验舱体加速度曲线特征和宇航员座椅缓冲系统响应的试验数据,建立了包含缓冲器、座椅、赋形垫和人体的人-椅系统垂直着陆冲击动力学模型.将模型计算结果和试验数据进行比较的结果表明:计算得到的人体动力学响应的主要物理阶段和幅值均与试验结果符合良好.该模型建立了底部冲击加速度波形和人椅系统响应的直接关联,物理意义明确,便于工程应用.     

交通事故视频采集及事故再现的研究与设计

基于WDM技术、USB技术及事故再现的模型,对系统中视频采集过程的实现机制、视频采集系统模型的软件实现和交通事故中的理论碰撞模型进行了研究.解决了交通事故中的视频采集、事故再现和事故分析中的关键问题.并在理想模型和实际模型情况下对一维碰撞模型进行了模拟再现.     

ADSL驾驶模拟器动力学模型的改进与验证

为了提高ADSL驾驶模拟器逼真度,研究开发了新版转向系统模型、车轮模型、制动系统模型.转向系统模型为力输入模型并计算了系统的弹性;车轮模型考虑了气胎弹性、接地印迹块动力学和接触模型;制动系统模型采用制动力矩动静摩擦分离的计算方法;从而实现了左右转向车轮协调计算、轮胎力准确计算及stand-still(起步-停车)工况、制动到零速等精确工况的仿真.通过新版模型、2000年版模型的操纵稳定性工况的仿真结果与场地试验结果的对比,验证了模型的正确性,模型精度得到了提高.     

中国虚拟人三维模型重建和可视化

中国虚拟人项目已公开发布了数例人体数据集．与美国及韩国虚拟人数据集相比,中国虚拟人数据集提供的解剖和生理信息更为详尽．为解决数据量大处理复杂的难题,研究和实现了基于PC机环境的超大数据集三维模型重建和可视化．为提高重建精度,提出了几种处理算法：各向异性扩散预处理、相关性配准处理和基于水平集的分割处理．利用多处理器和多线程技术,提出并研究了任务并行、管线并行和数据并行的新并行策略,以及一种修正的同步模板算法,可有效提高处理速度．