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原文传递面向中国行人下肢损伤防护的车辆前部结构特征研究

论文题名：	面向中国行人下肢损伤防护的车辆前部结构特征研究
关键词：	车辆前部结构;安全设计;行人下肢模型;损伤风险
摘要：	下肢是车辆-行人碰撞事故中损伤最频繁的部位，其损伤主要是车辆前部的撞击造成的。由于我国行人保护研究起步较晚，相关的测试标准多为参照国外制定，其中测试用下肢冲击器更是直接进口国外，不能准确表征中国行人下肢在车辆碰撞中的真实损伤风险，所以国内现有标准下的车辆安全设计或许对西方人体具有较好的保护作用，但对国人未必同样有效。因此，本文基于中国人体下肢模型开展车辆碰撞中行人下肢损伤研究，揭示中国人体在碰撞中下肢真实损伤风险，开发基于中国人体测量学分布特征并能表征国人在碰撞中下肢损伤风险的单独下肢模型，并基于该模型开展面向中国行人下肢损伤防护的车辆前部结构优化研究，提出真正利于中国行人下肢防护的车辆前部结构特征。　　首先，本文基于已有的精细中国行人下肢模型，通过三例真实车辆-行人碰撞事故对该模型进行了有效性验证：首先使用多刚体仿真重现碰撞中行人运动学过程，以获得事故发生时的准确边界条件，接着应用有限元模拟显示下肢骨折过程及确切的骨折情况。结果显示：模型预测的下肢骨折在形态上与实际事故中相似，结合尸体试验数据对下肢骨折弯矩阈值的验证结果表明，本文所使用的中国行人下肢模型能在较大概率上预测真实事故中行人下肢损伤风险，具有较高的生物逼真度。　　其次，基于上述精细中国行人下肢模型，采用在下肢臀部附加质量块模拟碰撞中上身质量惯性作用的加载方式，探索能替代使用整人进行行人下肢损伤研究的高效单独下肢模型：分别比较了4种不同车辆前部结构碰撞下不同臀部负载的单独下肢模型与整人下肢整体动态响应及对应部位损伤参数差异。结果显示：上身质量对下肢损伤风险具有显著影响，选择合适的臀部加载质量可以使单独下肢较准确反映碰撞中整人下肢动态响应和损伤风险，该臀部加载质量的单独下肢模型可以替代整人用于后续基于行人下肢损伤防护的车辆前部结构优化研究。　　最后，提出了一种基于有限元仿真和遗传算法耦合的车辆前部结构优化框架，并采用上述单独下肢模型开展面向中国行人下肢损伤防护的车辆前部结构优化研究。结果显示：较小深度的保险杠下支撑和发动机罩前缘的结构在碰撞中可以对从大腿到小腿提供近似平面的支撑以减少各部位侧向弯曲，从而降低其损伤风险；具有踝关节以上60mm左右的保险杠下支撑（150mm）、高于膝关节250mm左右的保险杠吸能器上边缘（690mm）和位于髋关节之上20mm左右的发动机罩前缘（900mm）的车辆前端设计非常有益于国内行人下肢的保护。本文基于中国人体下肢损伤防护研究提出了真正意义上对国人安全的车辆前部结构特征，从工程设计角度为未来的车辆安全设计提供理论基础和数据参考。
作者：	马华星
专业：	机械工程
导师：	李桂兵;毛征宇;吕晓江
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南科技大学
学位年度：	2020