详情

原文传递基于C-NCAP(2021版)三岁儿童乘员损伤评价的有限元法研究

论文题名：	基于C-NCAP(2021版)三岁儿童乘员损伤评价的有限元法研究
关键词：	车载儿童约束系统;儿童乘员;有限元仿真;损伤评价
摘要：	随着机动车保有量的持续增长，道路交通事故中儿童乘员碰撞安全问题越来越引起人们的重视。中国汽车技术研究中心汽车测评管理中心最新发布的《C-NCAP管理规则（2021年版）》加强了对车辆儿童乘员保护的评价，尤其是增加了实车碰撞动态试验中对Q3儿童假人损伤的评价。在测评试验中，影响后排Q3儿童假人损伤的因素很多，如车辆碰撞波形、后排空间、儿童安全座椅性能等。如何满足Q3儿童假人得分目标也就成为儿童乘员保护开发的一个难点。为了满足2021版C-NCAP管理规则中对Q3儿童假人的得分目标，三岁儿童乘员生物力学计算模型在儿童乘员约束系统开发中势必会得到更广泛的研究与应用。　　本研究应用TUSTIBMs3YO和THUMS3YO儿童乘员有限元模型，对标C-NCAP（2021版）正面100%重叠刚性壁障碰撞试验。在对标仿真试验中，THUMS3YO的运动学响应和生物力学响应数值要大于TUSTIBMs3YO，主要是由头部与胸部接触以及安全带的过度约束引起。THUMS3YO颈部模型中使用弹簧单元来模拟肌肉响应，在运动学响应中，颈部一直处于拉伸状态，这种处理方法可能影响碰撞过程中颈部运动学响应和对头部力的传递，因而造成响应数值偏大。应用具有详细解剖学结构的人体有限元模型，能够更真实、更全面地反映儿童乘员在汽车碰撞中的伤害特征，进一步预测人体重要器官的损伤情况。　　应用已验证的具有详细解剖学结构的国人三岁儿童乘员生物力学计算模型，根据C-NCAP（2021版）要求，建立正面100%重叠刚性壁障碰撞试验仿真模型，对比分析三岁儿童乘员在不同约束系统中头部、胸部的运动学和生物力学响应，对汽车碰撞中三岁儿童乘员保护进行分析评估。结果表明：使用安全带能大概率降低儿童乘员在汽车碰撞中遭受损伤的风险，五点式安全带相对三点式安全带对三岁儿童乘员的保护性能更优。　　通过提取TUSTIBMs3YO在C-NCAP（2021版）管理规则四种乘员保护动态试验中的运动学响应和生物力学响应，探究不同工况下儿童乘员的损伤机理。结果表明，在C-NCAP（2021版）四种乘员动态保护试验中，后排儿童乘员在侧面柱碰撞试验中可能遭受更严重损伤。汽车侧面碰撞事故中，由于车门的入侵和乘员的横向位移，头部与车辆内饰以及儿童约束系统发生二次碰撞，导致侧面碰撞的损伤风险要高于正面碰撞。因此，今后乘员保护法规应将侧面碰撞中儿童乘员的保护评价纳入规程中。　　本研究应用具有高生物仿真度的三岁儿童乘员生物力学计算模型，能够在考察C-NCAP评价指标的基础上，应用生物力学评价参数对儿童乘员损伤机理进行深度分析，进而对儿童保护装置和试验车型进行全方位多层次的评估。该研究对儿童约束系统的设计与优化具有重要的应用价值，也将为未来数字化测评技术研发提供基础数据。
作者：	苏航杰
专业：	车辆工程
导师：	阮世捷;闫晓晓
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津科技大学
学位年度：	2022