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原文传递碰撞测试假人皮肤耐久特性测试装置的设计及试验研究

论文题名：	碰撞测试假人皮肤耐久特性测试装置的设计及试验研究
关键词：	汽车碰撞;假人皮肤材料;耐久特性;冲击响应;力学性能
摘要：	我国近年来死于交通事故的人数一直居于世界前列，研究汽车对乘员的保护效果越来越紧迫。碰撞测试假人是研究汽车安全的重要工具。假人皮肤承担着将冲击力传递到各部位传感器并对体内金属部件进行缓冲的重要作用，其仿生特性对假人能否真实反映车辆对乘员的保护效果至关重要。由于假人皮肤属于橡胶类的复合材料，具有弹性后效应，在受到冲击后非弹性形变不会完全消失，长期的积累必然会对其力学特性产生影响，因此研究假人皮肤的耐久特性对假人使用及开发都有重要意义。　　由于假人皮肤材料参数比较复杂，各部位的皮肤材料、厚度及硬度都有差别，碰撞中受到的冲击也非常复杂，而其耐久特性的失效条件是标定试验中力学响应超出法规的规定值，并非是简单的疲劳损坏。因此对于其耐久特性的研究暂时无法用计算模型进行。本文通过设计能够模拟假人多个部件受冲击工况的试验台架，利用试验来对其耐久特性进行了以下研究。　　1）设计了耐久性测试试验方案，根据假人各部件易受冲击的程度及易损情况，确定了测试对象。基于实车碰撞中假人头部、膝部的力学响应曲线及法规要求，采用了响应峰值这一标准作为耐久性测试装置要模拟的冲击特征。在实车碰撞数据库中，获得头部、膝部最常态冲击响应，并确定了试验步骤。　　2）按照试验台架提供循环往复冲击力及冲击力大小、位置可以调节的要求，设计了以气动技术为核心的耐久性测试装置的机械结构，并依据装置中所需最大冲击力的需求，对气缸、弹簧等技术参数进行了分析。　　3）以STC89C52为主控芯片，设计了装置的控制系统，搭建了硬件电路，设计了单片机的控制策略，并根据控制策略进行了控制系统的程序开发。　　4）基于假人皮肤耐久性测试方法，开展了头部撞击力调整试验、头部耐久性测试试验、膝部撞击力调整试验、膝部耐久性测试试验，验证了该装置的有效性。对于同一假人部件，采用多组不同力学特性的皮肤试样进行测试，分别得到了实车碰撞工况头部、膝部皮肤及标定工况中头部皮肤耐久撞击次数。　　结果表明：假人部件的标定结果峰值随累计撞击次数的增多，总体趋势越大。皮肤部件硬度越低，则首次标定结果中，响应数值偏小，部件耐久撞击次数越多，耐久特性也越强。对比实车工况与标定工况头部耐久撞击次数，可知冲击力幅值对假人皮肤耐久性也有较大影响，冲击力越大，平均每次撞击合成加速度峰值增加幅度越大，皮肤部件越容易失效。比较不同硬度的皮肤，发现硬度越小，平均每次撞击后标定结果中增加的幅值也越大。比较耐久性撞击测试前后部件硬度大小，发现多次撞击后，硬度增加。相同硬度的不同试样标定结果并不一样，说明影响标定结果的还有皮肤厚度等其他因素。
作者：	祝志鹏
专业：	机械工程
导师：	颜凌波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文