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原文传递大型客车侧翻碰撞安全性与乘员损伤研究

论文题名：	大型客车侧翻碰撞安全性与乘员损伤研究
关键词：	大型客车;安全试验;车体侧翻;乘员损伤
摘要：	客车因其具有载客量大和机动性好的特点，成为了我国公路旅客运输的主要工具。客车安全问题已经引起了人们广泛的重视。客车侧翻事故是客车所有类型交通碰撞事故中人员伤亡率最高的。客车一旦发生侧翻交通事故，车内乘员有可能被完全抛出车外、部分抛出车外或者生存空间受到挤压，造成大量的人员伤亡，产生巨大的经济损失和严重的社会影响。为了减少客车侧翻事故伤亡率，许多国家制定了关于客车侧翻碰撞安全性的法规，其中最具代表性的是欧洲法规ECE R66。　　目前，国内外多数学者主要根据ECE R66的要求，进行客车上部结构强度和轻量化研究，但客车上部结构形式并未发生根本性变化。同时，由于缺乏相应的客车侧翻乘员损伤评价标准，对于客车侧翻过程的乘员损伤研究还较少。本文在客车侧翻事故统计分析和文献研究的基础上，采用试验和仿真的手段对客车的侧翻安全性和侧翻及翻滚过程中的乘员损伤情况进行深入研究。主要研究工作及结论如下: 　　根据ECE R66的要求，建立某传统“五大片”式上部结构客车侧翻有限元模型。利用多体动力学软件计算出客车侧翻撞击地面时的速度作为客车侧翻模拟分析的初始条件。对客车局部骨架刚度试验进行仿真模拟，检验了仿真计算的可靠性。采用有限元方法对客车侧翻过程进行仿真研究。结果表明:当客车侧翻仿真计算不考虑乘员质量影响时，客车结构满足ECE R66法规关于乘员生存空间的要求。当客车侧翻仿真计算考虑乘员质量影响时，客车碰撞侧（右侧围）侧窗立柱侵入了乘员生存空间。客车侧翻仿真中，不管是否考虑了乘员质量，顶骨架是所有骨架总成中吸能最多的，超过客车总吸能的55％。　　以“五大片”上部结构客车侧翻有限元模型为基础，建立一种新型整体式“U”型梁上部结构客车侧翻有限元模型。对新型客车侧翻过程进行仿真分析，并与“五大片”式上部结构客车就立柱变形、截面力大小和骨架吸能等方面进行对比。分析了“封闭环”结构对客车侧翻性能的影响。结果表明:客车侧翻仿真即使考虑了乘员质量的影响，整体式“U”型梁上部结构客车仍然满足ECE R66的要求。与传统“五大片”式客车相比，整体式“U”型梁客车上部结构将更多的碰撞能量传递给顶盖骨架和非碰撞侧侧围骨架，使得碰撞侧侧围骨架吸能减少，侧窗立柱的变形量减小，提高了客车的侧翻安全性。按照ECE R66要求，进行整体式“U”型梁客车实车侧翻试验研究。试验结果与仿真结果具有良好的一致性，进一步验证了客车CAE模型的有效性，为后续进行乘员损伤研究奠定了基础。　　基于ECE R80的要求，进行客车座椅动态试验和仿真分析，试验和仿真结果能较好的吻合，验证了客车乘员约束系统有限元模型的准确性。将4个HybridⅢ50％男性假人模型放置在客车最薄弱的车身段座椅上，结合客车侧翻仿真模型和HybridⅢ50％男性假人模型，搭建了基于ECE R66的“客车-乘员约束系统”组合侧翻有限元模型。对客车侧翻过程中，假人在不同约束条件下的运动响应和损伤情况进行仿真分析。研究表明:尽管客车侧翻过程中骨架未侵入乘员生存空间，乘员还需佩戴3点式安全带才能有效降低损伤风险。3种约束条件下，假人头部、胸部和颈部损伤指标峰值均发生在客车撞击地面后。无安全带约束时，假人头部受到严重损害。2点式安全带对大部分乘员起到保护作用，但碰撞侧外侧假人的HIC36值比无安全带约束时高出1.7倍。2点式和3点式安全带均能有效地降低乘员颈部损伤风险，且2种安全带对于乘员颈部保护效果相当。　　建立了基于SAE J2114动态翻滚试验的“客车-乘员约束系统”有限元模型。分析了客车翻滚过程中，同一排座椅4个HybridⅢ50％男性假人在3种约束条件下运动响应和损伤情况。结果表明:客车翻滚过程中乘员生存空间未被侵入。无安全带约束时，大部分假人的头部伤害值和颈部损伤指标均超过限值的要求。2点式安全带和3点式安全对大部分假人有明显的保护作用，但坐在客车外侧座位的假人头部损伤风险仍然很高，这是由于假人头部不可避免的与侧窗玻璃发生了碰撞。3种约束条件下，假人胸部变形量和颈部损伤准则Nij均在FMVSS208要求的限值内。
作者：	洪汉池
专业：	精密仪器及机械
导师：	黄红武
授予学位：	博士
授予学位单位：	厦门大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文