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基于C-NCAP(2021版)六岁儿童损伤评价的有限元法研究
| 论文题名： | 基于C-NCAP(2021版)六岁儿童损伤评价的有限元法研究 |
| 关键词： | 儿童约束系统;损伤生物力学;乘员保护;约束系统误用;生物力学 |
| 摘要： | 近几十年来，人们对交通事故中成人损伤机理的研究取得了重大进展，并通过优化调整车身结构、被动安全装置等措施降低了成人损伤的严重程度，但对儿童乘员损伤的相关研究却十分有限。从生理结构特征来看，儿童不是缩小版的成人，其骨骼、软组织等结构尚未发育完全，与成人在解剖学结构上仍存在明显的差异性，所以两者的损伤机理及损伤耐受极限并不是简单的缩放关系。本研究采用具有详实生理结构特征的高仿真度六岁儿童乘员生物力学计算模型，对汽车碰撞中儿童乘员损伤机理进行深入分析，以期为儿童乘员损伤提供科学的参考依据。 基于儿童乘员坐姿的多样性和未来智能驾舱可提供的多种乘坐姿态，本研究基于六岁儿童乘员标准坐姿（105°）有限元模型（TUSTIBMs6YO-O）分别构建了120°、135°坐姿儿童乘员有限元模型，参照C-NCAP（2021版）进行了三种测试工况的仿真试验，对比分析了坐姿角度对儿童乘员损伤机理的影响。正面碰撞中，随着坐姿角度的增加，头部损伤风险加剧，胸部内脏器官损伤概率逐渐下降。侧面碰撞中，儿童乘员处于远撞侧时，随着坐姿角度增加，头部存在较高的中度以及重度损伤风险。鞭打试验中，坐姿角度每增加15°，颈部载荷降低0.9g，并且颈椎以及脊髓应力随坐姿角度增加呈递减趋势。 基于六岁儿童标准坐姿损伤仿生模型的正面碰撞仿真试验研究发现，头部3ms合成加速度可以更好的反映头部加速度变化趋势以及头部损伤风险，且当儿童乘员头部与汽车内饰未发生碰撞时，头部损伤准则（HIC15）对头部损伤风险评估的误差性较大；与100%正面碰撞相比，50%MPDB碰撞将会加剧胸部损伤风险，造成肺部损伤较重，但是腹部内脏器官损伤风险降低。 正面碰撞中儿童约束系统误用对于损伤的研究发现：在100%正面碰撞中，儿童乘员与儿童约束系统最大程度的贴合才可以降低损伤风险，对儿童乘员起到良好的保护作用；在50%MPDB碰撞中，当且仅当正确使用儿童约束系统才能有效限制儿童乘员的旋转运动，降低旋转载荷对儿童乘员的损伤风险。此外，在正面碰撞中，儿童肋骨损伤概率很高，但与儿童约束系统是否误用相关性较小。 综上，本研究应用三种坐姿的六岁儿童乘员损伤仿生模型模拟正面碰撞试验、侧面碰撞试验、鞭打试验以及儿童约束系统误用试验，对六岁儿童身体主要部位的损伤机理进行有限元法分析，探讨儿童乘员碰撞损伤机理，为六岁儿童乘员约束系统的研发提供参考依据，为儿童乘员碰撞损伤评估及数字化测评技术开发奠定了基础。 |
| 作者： | 王彦鑫 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李海岩;黄森仁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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