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基于典型交通事故再现的摩托车驾驶员颅脑损伤机理及防护研究
| 论文题名： | 基于典型交通事故再现的摩托车驾驶员颅脑损伤机理及防护研究 |
| 关键词： | 事故深度调查;事故重建;头部损伤;头盔优化;摩托车驾驶员;有限元模型 |
| 摘要： | 随着经济发展，摩托车事故已经成为一个日益严重的道路交通安全问题。在摩托车交通事故中，摩托车驾乘人员头部通常遭受严重甚至致命损伤，而头盔作为摩托车驾乘人员主要防护装置，对摩托车驾乘人员起着至关重要作用。因此，对摩托车驾驶员头部损伤机理及头盔优化研究具有重要的意义。由于伦理及实验成本的问题，损伤生物力学的研究方法具有很大的间接性。但随着计算机人体模型不断成熟，通过计算机仿真结合真实交通事故研究人体损伤机理成为了可能。本文基于真实交通事故，通过多刚体系统和有限元分析方法的耦合使用，可以有效提高碰撞及损伤研究的准确性及可靠性。 本文具体研究方法及结果如下: 首先，开展重庆地区道路交通事故的深度调查，深入调查分析了事故环境、事故车辆、事故人员等信息，并以交通事故深度调查的结果为基础，选取10例具有视频图像的典型摩托车-轿车事故，建立精确的车辆多刚体模型，对案例进行事故重建，获取摩托车驾驶员动力学响应。通过头部损伤准则及视频图像，验证事故重建结果的准确性，同时对摩托车驾驶员头部损伤影响因素进行相关性分析。结果表明，在侧面碰撞事故中，头部碰撞速度与轿车行驶速度相关;而在斜碰撞事故中，头部碰撞速度与摩托车行驶速度相关。 其次，以多刚体事故重建结果为边界条件，运用THUMS(Total Human Modelfor Safety)4.0颅脑有限元模型和挡风玻璃有限元模型，重建了颅脑损伤过程;同时提取颅骨等效应力、颅脑等效应力、颅内压力、脑组织最大主应变等生物力学损伤参数，结合相应的人体耐受极限值，分析其损伤风险并与真实事故中颅脑损伤情况进行比较。结果表明，颅脑损伤过程重建结果与真实案例中人员损伤情况基本吻合，并且当颅骨等效应力超过42MPa，颅骨可能发生骨折，而颅脑等效应力超过24kPa或脑组织最大主应变超过0.1时，可能会导致严重脑损伤。 最后，依据真实头盔构建了头盔有限元模型，结合THUMS颅脑模型和轿车挡风玻璃模型，对头盔-颅脑有限元模型进行仿真，以头部损伤参数作为评价指标，研究头盔防护能力和防护效率。采用正交试验设计方法，以最低颅脑损伤参数为目标，对头盔外壳及内衬材料属性参数进行了优化研究。结果表明，优化后的头盔显著降低了头部损伤参数，提高了头盔防护效率，可以有效降低摩托车驾驶员头部损伤风险。 |
| 作者： | 张永永 |
| 专业： | 交通运输工程；载运工具运用工程 |
| 导师： | 尹志勇;简晓春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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