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汽车行人碰撞中颈部对头部动力学响应及颅脑损伤的影响
| 论文题名： | 汽车行人碰撞中颈部对头部动力学响应及颅脑损伤的影响 |
| 关键词： | 汽车-行人事故;事故重建;生物力学;行人颈部;颅脑损伤 |
| 摘要： | 在汽车安全性设计领域，行人损伤防护法规试验方法之一是采用自由飞行的头部冲击器来评价汽车行人碰撞中对头部防护性能，但是试验没有考虑到头部的转动，在HIC值的计算中也没有考虑到角速度和角加速度。然而，颈部给予头部的边界条件是不可忽视的，特别是它对颅脑损伤的影响。 本文研究的主要目的是在事故重建的基础上，分析汽车-行人碰撞中行人颈部对头部动力学响应和颅脑损伤的影响。 利用MADYMO多体动力学软件对6例典型汽车-行人碰撞事故进行了重建，得到行人头部的动力学响应参数。为了探讨行人事故中头部运动与颈部以及上半身之间可能存在的相互联系，对四种车型在不同车速下与50百分位行人碰撞仿真以及6例事故重建中行人颈部的力与力矩进行了分析。除此之外，还在重建的基础上通过碰撞前5ms头部-颈部铰链失效法建立了有颈部力和无颈部力的两种模型，对比两者输出的行人模型的头部质心线性加速度、角加速度和HIC值，进一步研究颈部以及上半身对行人头部动力学响应的影响。最后利用有限元软件LS-DYNA对6例事故分别进行了头部-挡风玻璃有限元碰撞模型、头颈-挡风玻璃有限元碰撞模型的颅脑损伤重建，以MADYMO事故重建的输出参数为输入条件，研究颈部对行人头部颅脑损伤的影响。 计算得出，头部在没有颈部力和有颈部力作用时的线性加速度峰值最大相差40％，角加速度峰值差别范围为-30％～+28％。HIC值差别最小为40％，最大可到127％。对于碰撞侧颅内压力和碰撞对侧颅内负压，差别范围分别为-5％～10％和-10％～15％。最大脑等效应力和最大脑剪切应力情况类似，差别范围基本上在-34％～30％内。 研究表明，颈部对行人头部动力学响应过程有非常大的影响，即头部与上半身之间存在着强烈的耦合关系。其原因一方面是颈部存在高强度的力与力矩，另一方面则是颈部对头部线性加速度峰值、角加速度峰值和HIC值都存在影响，此外颈部载荷还与车辆前部结构有关。脱离身体后的头部线性加速度峰值和HIC值基本都会增大，角加速度峰值也有很大差别。由于颈部的作用力而引起头部边界条件以及动力学响应的改变，会使头部颅脑损伤参数有较大差别。本文的研究对行人头部保护和改进现行头部冲击器试验方法和载荷条件具有一定参考意义。 |
| 作者： | 戴继明 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 杨济匡 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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