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原文传递基于有限元仿真和遗传神经网络的轿车——行人碰撞再现研究

论文题名：	基于有限元仿真和遗传神经网络的轿车——行人碰撞再现研究
关键词：	轿车-行人碰撞事故;头部损伤;胸部损伤;有限元仿真;遗传神经网络
摘要：	ABS(Anti-lock Braking System，防抱死制动系统)和ESP(Electronic StabilizationProgram，车身电子稳定系统)等轿车新技术的不断普及、现场出现保护不力等这些情况都将导致轿车-行人事故现场中车辆相关证据和痕迹难以被收集。基于车辆制动痕迹和行人抛距等信息的经典再现方法也将会受到越来越多的制约。面对数量巨大的轿车-行人事故和人民群众法制意识不断增强，如何运用先进的技术方法以及行人损伤、EDR(EventData Recorder,事故数据记录器)等事故潜在有用信息来再现轿车-行人碰撞过程，对于提高轿车-行人事故分析能力、确保事故公正处理以及指导行人交通伤防治等方面都具有重要的实际应用价值和理论指导意义。　　研究表明轿车-行人碰撞事故中伴随发生的行人损伤可以为事故过程再现提供接触位置和强度等多方面参考信息，且行人损伤信息相对于现场路面痕迹更容易得到保护。因此，人体损伤在未来将会越来越多地作为事故再现的重要证据。针对于此，本文的目标是在基于行人头部和胸部损伤特点的系统研究与分析基础上，探索轿车-行人碰撞过程再现的新方法。　　主要研究方法和结论: 　　(1)不同碰撞参数下行人头部和胸部损伤特点分析　　通过流行病学调查研究轿车-行人碰撞事故中行人头部和胸部损伤的特点;基于THUMS4.0行人模型，利用Hyperworks和LS-DYNA进行不同轿车碰撞行人速度(25、32.5、40、47.5、55 km/h)和行人接触轿车角度（背面、左侧、正面、右侧）的有限元仿真正交试验，分析轿车-行人碰撞仿真中行人头部和胸部损伤的特点;然后对两者的结果进行验证分析，探讨不同碰撞参数下行人头部和胸部生物力学响应、损伤严重度及风险性的特点。本研究结果显示: 　　轿车碰撞行人速度越高，行人头部和胸部损伤程度可能越重，颅骨骨折和脑损伤、肋骨骨折和胸部软组织损伤风险性也越大;行人背面受到碰撞时，颅骨骨折和脑损伤、严重度及风险性依次大于侧面、正面受到碰撞;行人正面受到碰撞时，胸部软组织损伤严重度及风险性依次大于背面、侧面被碰撞;行人侧面受到碰撞时，胸部肋骨骨折严重度及风险性大于正面和背面受到碰撞。　　(2)基于神经网络和遗传算法的碰撞再现方法研究　　以轿车-行人碰撞有限元仿真为基础，提出将行人头部和胸部损伤、神经网络和遗传算法相结合的碰撞再现方法。在该方法中，采用正交法设计有限元碰撞仿真试验方案，通过损伤评价指标对仿真结果实施量化;将量化所得损伤信息作为神经网络模型输入，以碰撞参数作为输出，构建用于辨识和预测碰撞参数的BP神经网络模型;利用遗传算法对已完成训练的BP神经网络进行优化得到碰撞参数优化解。　　通过具体数值算例分析发现，基于行人头部和胸部损伤信息所建立的神经网络模型对碰撞参数辨识和预测所产生的最大相对误差为21.48％，而经过优化后最大相对误差减小为9.90％;且该模型所适用的轿车碰撞行人速度为20～58 km/h。　　(3)碰撞再现方法和遗传神经网络模型的验证分析　　针对两起具有详细伤情信息且碰撞参数确定的轿车-行人碰撞事故，利用本文所提出再现方法和遗传神经网络模型对碰撞过程进行再现分析。两起案例中轿车碰撞行人速度再现的相对误差分别为5.56％和12.24％，行人接触轿车角度再现的相对误差分别为2.22％和6.11％。以碰撞参数的再现结果作为边界条件进行有限元仿真，通过可视化分析轿车-行人碰撞过程，结合伤情定性和定量对比分析，验证了本文所提出方法和模型的可靠性。
作者：	刘文君
专业：	生物医学工程
导师：	尹志勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	第三军医大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文