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原文传递计算机模拟行人碰撞保护研究

论文题名：	计算机模拟行人碰撞保护研究
关键词：	有限元计算;机模拟;行人;碰撞保护;有限元模型;试验结果;撞击器;人体膝关节;结构改进;系统试验;腿部;轿车;道路交通事故;发展现状;数值模拟技术;膝关节韧带;复杂性;法规;汽车安全性;综合分析
摘要：	在道路交通事故导致的人员伤害中，行人伤亡的比例占到了第二位，仅次于车内乘员的伤害。在美国，每年大约5000名行人在机动车辆事故中丧生，有69000 名左右的行人则受到不同程度的伤害；在欧盟地区，每年在交通事故中死亡的行人人数也高达7000人．行人碰撞保护已成为汽车安全性研究的焦点问题。本文综合分析了行人碰撞事故的统计数据和行人在碰撞过程中不同部位的伤害机理，并详细介绍了目前行人碰撞保护的研究方法及发展现状。按照EEVC行人碰撞保护试验法规的规定，本文分别建立了头部撞击器、腿部撞击器和大腿撞击器的有限元模型。通过对材料模型的合理选择以及材料参数的正确定义，本文所建立的撞击器计算模型不仅满足试验法规中的各项认证要求，而且与国外相关的试验结果或模拟计算结果也吻合得相当好。尽管近年来数值模拟技术的应用正在不断地趋于成熟，但是在建模人体这一复杂的生物个体时，仍然面临着相当大的难度和挑战。本文全面论述了人体数值建模工作的复杂性以及目前人体数值模型的发展现状。在收集和整理了大量生物力学文献研究成果的基础上，参照医学解剖图谱，利用多种计算机软件，建立了 50％th男性行人的CAD模型和有限元模型。本文所建立的人体有限元模型不仅包含了腿部骨骼、肌肉、皮肤、韧带等详细的生理组织，而且综合考虑了骨折和韧带断裂的伤害机制。利用几次典型的尸体试验结果，分别从单根长骨的静态弯曲、人体膝关节的动态弯曲和剪切、臀部的侧面碰撞以及行人整体碰撞响应几个方面对模型进行了全面的验证，计算结果和试验结果取得了相当好的吻合。在验证计算中，本文所建立的人体有限元模型也正确地反映出与试验相吻合的腿部骨折伤害和膝关节韧带的断裂伤害。利用已建立的撞击器有限元模型和行人有限元模型，本文针对SANTANA 2000型轿车分别进行了行人碰撞保护子系统试验以及行人整体碰撞的有限元计算。子系统试验的计算结果表明，目前SANTANA 2000型轿车的结构只是部分满足EEVC试验法规的规定。在行人与SANTANA 2000型轿车的碰撞计算中，也发现了与近年来相关文献对行人下肢伤害研究结果相吻合的多种伤害模式。由于整个行人碰撞有限元计算的复杂性，本文选择接触问题为代表，在作者具体工作实践的基础上，对有限元计算中接触类型的选择、惩罚参数和惩罚刚度以及接触厚度的设定、刚体和大变形实体单元的接触处理给出了一些经验和总结。最后，本文从车身结构的角度分析了SANTANA 2000型轿车导致行人伤害的原因，并对行人头部保护和腿部保护的结构改进思路进行了研究，提出了“主动式发动机罩”和具有阶梯状吸能泡沫保险杠的结构改进方案。通过对比车身结构改进前、后行人碰撞有限元计算的结果，证明了结构改进措施对行人的保护是行之有效的，并且具有较高的可行性。
作者：	郑巍
专业：	车辆工程
导师：	洪善桃;高卫民
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学汽车学院
学位年度：	2004
正文语种：	中文