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原文传递碰撞事故中电动二轮车骑车人头颈部生物力学损伤研究

论文题名：	碰撞事故中电动二轮车骑车人头颈部生物力学损伤研究
关键词：	交通事故;生物力学;电动二轮车;头颈部损伤;多刚体动力学;颈部模型
摘要：	随着我国电动二轮车的保有量的不断增加，与电动二轮车相关的交通事故也不断上升。而在人车碰撞事故中电动二轮车驾驶人头颈部损伤约占损伤总数的1/3，因此骑车人头颈部的损伤应予以重点研究。而有限元头颈部模型可以对复杂的头颈部结构进行精细的建模，可以从骑手头颈部的颅脑、颈椎、脊髓之间的损伤情况，更好地了解其损伤机理。　　首先从人体颈部解剖学分析，同时参考HybridⅢ假人颈部模型和大量医学文献，建立了碰撞假人的颈椎、椎间盘、韧带、脊髓等模型。并对建立的颈部几何模型进行了合理化的网格划分。在此基础上与课题组原有的头部模型组合，形成有限元头颈部模型，用于下一步的研究。　　一般有限元仿真中都使用MATL_77材料模拟颈部肌肉组织，但由于MATL_77材料非常复杂，所需仿真时间过长。本文以MATL_27代替MATL_77进行颈部仿真实验。首先通过压缩实验来得到橡胶试样的应力-应变曲线，再采用Mooney-Rivilin橡胶本构模型在Origin中对得到的曲线进行拟合，得到模型中C01和C10值。最后在HYPERMESH中对同样尺寸的橡胶试样压缩仿真实验，将实验和仿真得到的两种曲线进行对比，发现误差不大，证明了有限元橡胶材料参数设置的合理性，进而利用相关参数进行后续实验。随后将建立好的颈部脊髓有限元模型分别与Maiman、Li和Hung三组经典脊髓实验进行有效性验证。为了验证等效颈部模型的合理性，设计颈部模型压缩实验，用颈部主要损伤指标中的压力作为验证指标，得出实验和仿真曲线趋势一致。最后参考Nahum尸体实验，用冲击块撞击头颈部有限元模型的头部，以此来验证建立的头颈部有限元模型是否合理。　　从司法鉴定所数据库获得的1757组2018-2019年山东省电动二轮车事故数据。事故调查报告中包含的有效信息有双方人员基本情况和各自车辆损伤情况，以及路况、伤亡人数、时间分布、原因、地点、形式等信息。并据此进行事故统计调研，得到山东地区2018-2019道路交通事故的情况，利用统计结果分析电动二轮车驾驶人伤亡情况。　　交通事故还原是否精确直接影响到后面头颈部损伤的重建，两者环环相扣，所以需要建立高精度的事故还原仿真，本文基于多刚体动力学方法，利用MADYMO软件进行事故还原。在还原中，汽车碰撞前的瞬时速度、碰撞后人车距离、二轮电动车驾驶人碰撞前的瞬时姿态根据事故调查报告中的视频监控反复调整，力求做到更加精确。通过后续在HYPERVIEW中的动画显示，在几个关键的时间点上，仿真和真实事故吻合度契合，有效证明了事故还原的高精度。随后，根据事故车辆建立了对应的三层前挡风玻璃有限元模型，并根据真实事故中挡风玻璃的损坏范围进行比对和验证。通过有限元分析，从头部HIC值，颈部和脊髓处的等效应力值得出电动二轮车驾驶人头颈部受到了严重的损伤。　　本研究通过建立人体头颈部模型，开展基于交通事故还原和损伤分析工作，了解交通伤作用机理，对我国汽车安全行业的发展和交通伤防治具有重大的现实意义。
作者：	胡俊卿
专业：	车辆工程
导师：	刘涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021