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基于真实事故再现的行人头部动态响应与损伤评价研究
| 论文题名： | 基于真实事故再现的行人头部动态响应与损伤评价研究 |
| 关键词： | 交通事故;行人头部损伤;运动学重建;有限元仿真;评价准则 |
| 摘要： | 行人是交通事故中易受伤道路使用者之一，而头部损伤是造成行人重伤或死亡的主要原因。行人头部损伤机制复杂且现有车辆安全评价体系存在诸多争议，所以有待深入认识真实事故中的行人头部动态响应和损伤机制，为健全行人头部防护评价方法提供基础参考。同时，我国行人保护研究起步较晚，相关法规标准多为参照欧美行人安全法规制定，中国道路交通情况和人体身高分布都与欧美国家存在较大差异，我国现有法规标准或不符合我国国情。因此，本文基于我国真实事故信息和仿真再现深入研究行人头部-车辆碰撞边界条件特征和损伤风险，为制定符合我国国情的车辆行人防护性能评价测试工况和评价准则提供科学依据。 首先，本文选取了 57 起符合重建条件的中国真实交通事故案例并统计分析了事故案例的基本信息。结果显示：77%的事故案例车辆碰撞速度在26-55km/h范围内，平均碰撞车速为44km/h；女性行人平均身高为157cm，男性行人平均身高为170cm，这与中国人体测量学参数基本匹配。接着，采用多体动力学仿真对57起真实事故进行了重建，并验证了重建结果的准确性。 然后，提取事故再现中的行人头部-车辆碰撞边界条件参数，分析了行人头部-车辆碰撞边界条件特征，并依此分别建立头部-风挡玻璃碰撞和头部-发动机罩碰撞有限元模型，研究了不同碰撞边界条件对人体头部动力学响应影响规律。结果显示：67%的事故案例头部线性碰撞速度在26-45km/h范围内，并且头部旋转碰撞速度在21-40rad/s范围内；58%的事故案例头部碰撞时刻在80-140ms之间，头部碰撞时刻一般早于140ms；70%的事故案例头部碰撞角度在40-70°范围内，其平均值为53°；61.4%的事故案例头部碰撞位置在风挡玻璃上，风挡玻璃是行人头部主要的碰撞位置；WAD在1.5-2.3m范围内，其平均值为 1.8m；我国现行法规测试标准并不能覆盖 80%的事故样本；头部碰撞位置和碰撞车辆的不同使行人头部-车辆碰撞边界条件产生明显差异；头部旋转运动对头部动态响应和损伤风险有显著影响。 最后，提取事故再现中行人头部-车辆碰撞动力学响应参数，计算不同头部损伤动力学评价准则的数值，构建了损伤风险曲线并进行相关性分析。结果显示：50%AIS3+头部损伤风险概率对应的头部损伤评价准则 HIC、HIP、GAMBIT、RIC、BrIC2011 和BrIC2013的阈值分别为1300、60kW、0.74、1470×104、0.56和0.57；旋转速度可被认为是头部损伤评价准则 HIC 的潜在补充；基于 HIP （ AUC=64.8%）和 BrIC2013 （AUC=73.7%）建立的损伤风险曲线的预测能力低于其他损伤准则，GAMBIT、RIC和BrIC2011可被视为是HIC外对行人头部损伤评估的潜在补充。 |
| 作者： | 刘金明 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李桂兵;邹冬华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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