【摘要】：我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,人民生活水平不斷提高,人均汽車保有量不斷增大,同時(shí)我國(guó)交通情況極其復(fù)雜,因此汽車交通事故發(fā)生的頻率越來(lái)越高。目前,乘員的損傷機(jī)理還存在較大的爭(zhēng)議,尤其是不同后碰撞強(qiáng)度下乘員頭頸軟組織的損傷耐受限度及汽車約束系統(tǒng)對(duì)此類損傷的影響。因此,針對(duì)乘員頭頸損傷機(jī)理進(jìn)一步進(jìn)行研究,具有一定的理論與現(xiàn)實(shí)意義。本研究旨在通過(guò)建立具有高度生物逼真度的混合乘員假人模型,研究不同后碰撞強(qiáng)度下乘員的頭頸動(dòng)力學(xué)響應(yīng)以及頭頸軟組織的損傷情況,研究座椅參數(shù)對(duì)乘員頭頸傷害的影響,為汽車座椅的安全設(shè)計(jì)提供一定的參考。本文首先依據(jù)頸部MRI影像建立了乘員頸部脊髓有限元模型,參考前人的體外研究(軸向拉伸、徑向壓縮與徑向沖擊)驗(yàn)證頸部脊髓模型的有效性。在湖南大學(xué)原有的具有肌肉主被動(dòng)特性的假人頭頸模型基礎(chǔ)上,將頸部脊髓模型添加到頭頸模型中,以具有詳細(xì)腦部結(jié)構(gòu)的頭部替換原有的剛性頭骨,建立了頭頸改進(jìn)模型,參照瑞典查爾莫斯大學(xué)Davidsson等人的志愿者實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)頭頸改進(jìn)模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。為了提高模型計(jì)算效率且保證模型的生物逼真度,將BioRIDⅡ假人的軀干以下部分與頭頸改進(jìn)模型結(jié)合,建立混合假人模型,并利用Davidsson等人的志愿者實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)混合模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證。然后本文利用成功驗(yàn)證的混合乘員模型研究了后碰撞下乘員頭頸動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與局部生物力學(xué)響應(yīng),探討了不同碰撞強(qiáng)度對(duì)乘員損傷的影響。最后利用混合模型研究了汽車座椅的幾何參數(shù)對(duì)乘員局部生物響應(yīng)的影響,提出了減小損傷風(fēng)險(xiǎn)的措施。研究結(jié)果表明,本文建立的頸部脊髓模型、頭頸改進(jìn)模型、混合后碰撞乘員模型具有較好的生物逼真度,可以有效的用于頭頸損傷研究;后碰撞中乘員顱骨主要受到剪切作用,當(dāng)沖擊載荷較低時(shí),隨著沖擊強(qiáng)度加大,乘員顱骨的應(yīng)力有所增大,但是當(dāng)沖擊達(dá)到高強(qiáng)度時(shí),乘員顱骨應(yīng)力值有所減小。乘員頭頸軟組織主要受到擠壓作用。大腦應(yīng)力隨著碰撞強(qiáng)度的加強(qiáng)而不斷增大。小腦與腦干在高強(qiáng)度沖擊下擠壓作用較大,在中等強(qiáng)度沖擊下剪切作用較大。頸部脊髓灰、白質(zhì)在中等碰撞條件下較容易受到擠壓作用,且灰質(zhì)的損傷風(fēng)險(xiǎn)高于白質(zhì)。合理減小頭后間隙、增大頭枕高度、減弱頭枕剛度,可以增強(qiáng)座椅對(duì)乘員的保護(hù)能力。
【圖文】：

接或間接導(dǎo)致的了350萬(wàn)人死亡和1800萬(wàn)人傷殘，給個(gè)人與社會(huì)帶來(lái)巨大的損失和負(fù)擔(dān)。圖1.1 不同類型事故比例 圖1.2 不同類型事故造成損失比例汽車交通事故中的汽車碰撞可根據(jù)碰撞方向的不同分為正面、側(cè)面、追尾以及翻滾等碰撞。2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明在各類碰撞事故中，不同類型事故的比例與對(duì)應(yīng)的損失占比分別如圖1.1和1.2所示，其中追尾碰撞發(fā)生的概率為5.2%，造成損失的占比達(dá)到了8%。后碰撞由于很少造成乘員致命傷而容易被忽視，但是其造成的乘員頭頸傷害頻率卻很高。2007年日本的一項(xiàng)研究顯示汽車追尾碰撞造成的頸部傷害達(dá)90%[4]。在所有交通事故中，駕駛員頭部是最易受到傷害的部位之一[5]，在追尾事故中，腦部損傷的發(fā)生頻率越來(lái)越高，且損傷程度與碰撞強(qiáng)度具有一定的相關(guān)性。在后碰撞中，由于乘員頸部容易遭受“S”狀的變形

接或間接導(dǎo)致的了350萬(wàn)人死亡和1800萬(wàn)人傷殘，給個(gè)人與社會(huì)帶來(lái)巨大的損失和負(fù)擔(dān)。圖1.1 不同類型事故比例 圖1.2 不同類型事故造成損失比例汽車交通事故中的汽車碰撞可根據(jù)碰撞方向的不同分為正面、側(cè)面、追尾以及翻滾等碰撞。2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明在各類碰撞事故中，不同類型事故的比例與對(duì)應(yīng)的損失占比分別如圖1.1和1.2所示，其中追尾碰撞發(fā)生的概率為5.2%，造成損失的占比達(dá)到了8%。后碰撞由于很少造成乘員致命傷而容易被忽視，但是其造成的乘員頭頸傷害頻率卻很高。2007年日本的一項(xiàng)研究顯示汽車追尾碰撞造成的頸部傷害達(dá)90%[4]。在所有交通事故中，駕駛員頭部是最易受到傷害的部位之一[5]，在追尾事故中，腦部損傷的發(fā)生頻率越來(lái)越高，，且損傷程度與碰撞強(qiáng)度具有一定的相關(guān)性。在后碰撞中，由于乘員頸部容易遭受“S”狀的變形
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U467.14

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2632364