【摘要】：交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,胸腹部損傷是導(dǎo)致兒童乘員傷亡的主要形式之一。研究?jī)和馗共繐p傷機(jī)理對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)安全性和降低兒童乘員胸腹部損傷風(fēng)險(xiǎn)具有非常重要的研究意義。尸體實(shí)驗(yàn)是研究?jī)和馗共繐p傷機(jī)理的一種有效方式,但由于樣本獲取困難且重復(fù)率低,其應(yīng)用受到限制。但近幾年有限元仿真技術(shù)快速發(fā)展,使有限元碰撞仿真成為研究?jī)和馗共繐p傷機(jī)理的重要方式之一。本文利用實(shí)驗(yàn)室同課題組構(gòu)建并經(jīng)過(guò)有效性驗(yàn)證的3歲和6歲兒童乘員有限元胸腹部有限元模型,通過(guò)重構(gòu)歐陽(yáng)鈞所做的兒童尸體實(shí)驗(yàn),從胸部壓縮量、接觸力以及胸部心臟和肺臟最大第一主應(yīng)變的角度,對(duì)比分析試驗(yàn)撞錘大小、材料參數(shù)及幾何特征參數(shù)對(duì)胸部損傷的影響。結(jié)果表明,幾何特征參數(shù)對(duì)兒童胸部損傷的影響最明顯,材料參數(shù)和試驗(yàn)所采用的撞錘大小對(duì)兒童胸部損傷存在一定的影響,但影響較小。應(yīng)用驗(yàn)證有效的3歲和6歲兒童乘員有限元模型,參照ECE R44法規(guī)中的滑車(chē)實(shí)驗(yàn),將兩組不同年齡的兒童模型分別采用五點(diǎn)式兒童安全約束系統(tǒng)進(jìn)行約束,對(duì)3歲和6歲兒童在正面碰撞過(guò)程中胸腹部損傷嚴(yán)重程度及位置的差異進(jìn)行對(duì)比探討。由于不同年齡兒童胸腹部各內(nèi)臟組織發(fā)育程度不同,3歲和6歲兒童模型胸腹部損傷的嚴(yán)重程度及位置均出現(xiàn)較明顯的差異。除此之外,還研究了正面碰撞過(guò)程中不同初速度對(duì)3歲兒童乘員胸腹部損傷響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,在初始速度不同的3組仿真試驗(yàn)中,3歲兒童乘員胸腹部損傷嚴(yán)重程度及損傷位置均出現(xiàn)差異:3歲兒童乘員胸腹部損傷程度并不是單純地隨著初始速度的增加而增加,需要結(jié)合胸腹部損傷的各種指標(biāo)綜合分析。構(gòu)建完整的3歲兒童上肢有限元模型,并將上肢有限元模型與兒童胸腹部模型連接。參照E-NCAP實(shí)驗(yàn)設(shè)置,將3歲兒童乘員模型以正常乘坐以及上肢舉起兩種姿勢(shì)放置于汽車(chē)后排座椅,并采用五點(diǎn)式兒童安全座椅對(duì)其進(jìn)行約束,對(duì)比分析在側(cè)面剛性柱碰撞過(guò)程中,兩種不同姿勢(shì)對(duì)胸腹部損傷的影響。結(jié)果表明,上肢在側(cè)面碰撞過(guò)程中能夠吸收一部分碰撞產(chǎn)生的能量,減弱了車(chē)內(nèi)部件及安全座椅與乘員胸腹部的直接碰撞,對(duì)乘員胸腹部起到了一定程度的保護(hù)作用。
【圖文】：

模型主要由兩種方法構(gòu)建獲得。第一種方法是對(duì)成人有限元模型進(jìn)行縮放而構(gòu)建。逡逑Ｍｉｚｕｎｒ邋（２００５）等通過(guò)縮放５０百分位成人乘員的模型獲得３歲兒童乘員有限元逡逑模型，如圖１－２所示。但是兒童并不是成人的縮小版，對(duì)成人有限元模型進(jìn)行等比逡逑例縮放而構(gòu)建的兒童有限元模型并不能真實(shí)反映兒童真實(shí)的生理學(xué)結(jié)構(gòu)及特征。因逡逑此，基于不同年齡兒童的ＣＴ數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建具有真實(shí)生理學(xué)結(jié)構(gòu)的兒童有限元模逡逑型的第二種方法應(yīng)用更為廣泛。逡逑圖１－２邋３歲兒童乘員有限元模型逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋３－ｙｅａｒ－ｏｌｄ邋ｃｈｉｌｄ邋ｆｉｎｉｔｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌ逡逑蔣彬輝等４１（２０１４）構(gòu)建了具有詳細(xì)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的１０歲兒童胸部有限元模型，逡逑如圖１－３所示，并對(duì)該模型進(jìn)行了靜態(tài)加載實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型有效性及對(duì)胸部損傷情況逡逑的分析。逡逑３逡逑

（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１－３邋１０歲兒童胸部有限元模型逡逑（ａ）邋１０歲兒童的骨骼組織；（ｂ）邋１０歲兒童完整結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－３邋１０－ｙｅａｒ－ｏｌｄ邋ｃｈｉｌｄ邋ｔｈｏｒａｘ邋ＦＥ邋ｍｏｄｅｌ逡逑于翱洋［ｌ５］（２０１２）構(gòu)建相對(duì)比較完整的６歲兒童腹部有限元模型，并應(yīng)用Ｌｓ－Ｄｙｎａ逡逑有限元分析軟件，重構(gòu)Ｋｉｎｇ邋Ｈ．邋［１６］邋（１９８４）所進(jìn)行的Ｌ４－Ｌ５腰椎尸體實(shí)驗(yàn)以及Ｖｉａｎ0［１７］逡逑（１９８９）所做腹部側(cè)碰實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了邋６歲兒童腹部模型的有效性。１＾［１８］等（２０１５）構(gòu)逡逑建６歲兒童行人胸腹部有限元模型，如圖１－４所示，重構(gòu)Ｏｕｙａｎｇ兒童尸體實(shí)驗(yàn)，得逡逑出的胸腹部力－位移曲線(xiàn)在尸體實(shí)驗(yàn)通道內(nèi)，而且通過(guò)ＶＣ曲線(xiàn)以及內(nèi)臟最大第一主逡逑應(yīng)變判斷內(nèi)臟損傷，與尸體實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，驗(yàn)證了模型的有效性。逡逑ｆｆyU梊電逡逑｜｜腳逡逑圖１－４邋６歲兒童乘員胸腹部模型逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋６－ｙｅａｒ－ｏｌｄ邋ｃｈｉｌｄ邋ｏｃｃｕｐａｎｔ邋ｔｈｏｒａｃｉｃ邋ａｎｄ邋ａｂｄｏｍｅｎ邋ＦＥ邋ｍｏｄｅｌ逡逑衛(wèi)志強(qiáng)［１９］邋（２０１５）和孫田軍［２（）］邋（２０１５）在６歲兒童（躺姿）幾何數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，逡逑調(diào)整構(gòu)建了邋６歲兒童乘員胸腹部有限元模型，如圖１－５邋（ａ）、（ｂ）所示。衛(wèi)志強(qiáng)參逡逑照Ｋｒｏｅｌｌ邋０＾２１］尸體實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了模型的有效性
【學(xué)位授予單位】：天津科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U467.14

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本文編號(hào)：2605058