轿车—行人碰撞中头部和下肢损伤分析以及防护措施的研究

发布时间：2017-06-22 02:04

  本文关键词：轿车—行人碰撞中头部和下肢损伤分析以及防护措施的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 在行人-车辆碰撞事故中,行人因为没有保护空间而成为易受伤害群体,事故发生率极高。统计数据显示,行人事故中头部和下肢是主要的受伤部位。因此,国内外车辆安全专家及研究人员对头部和下肢防护展开了大量的研究。 本文旨在分析人车碰撞事故中,汽车前部结构参数对人体头部与下肢损伤的影响,并讨论人体头部和下肢损伤防护措施。 在MADYMO软件中改进了瑞典查尔摩斯大学开发的50百分位行人多刚体数学模型的肩部结构。通过增加胸锁关节、肩锁关节以及盂肱关节三个解剖学关节及各组成骨骼,和定义关节的机械特性,并通过生物力学实验结果验证了肩部模型的有效性,提高了肩部结构生物逼真度。以此行人模型作为本论文工作中研究汽车与行人碰撞生物力学问题和参数分析的工具。参考世界各国汽车前部几何形状统计数据,设定前部结构尺寸主要设计变量范围,并根据轿车产品前部保险杠、发动机罩、前挡风玻璃结构几何形状尺寸分别建立了如下汽车与行人碰撞分析基本模型:(1)汽车前部结构参数对人体下肢损伤影响分析模型,(2)汽车前部结构参数对头部损伤影响分析模型,(3)行人头部防护气囊参数分析及优化模型,(4)面向行人保护的保险杠设计分析模型。 运用正交试验设计方法,选择试验点,绘制趋势图和方差分析(ANOVA)研究了汽车前部结构对头部和下肢损伤参数的影响规律以及影响程度。讨论了行人头部防护措施。建立了头部防护气囊模型,并且求得气囊参数的最优解,最后探讨了减少膝关节损伤的保险杠设计方法。 研究结果表明:降低保险杠高度,增加保险杠上下之间的宽度及保险杠与发动机罩前端的距离可以减少汽车与行人碰撞时对行人膝关节的损伤;减少挡风玻璃倾角,增加发动机盖倾角,增加发动机盖离地高度,可以减少行人头部损伤;在保险杠横梁上安装缓冲塑料,胫骨加速度减少37.6%,同时膝关节弯曲角度减少51.9%,在胫骨下端增加支撑结构,膝关节弯曲角度减少12%,从而减少膝关节损伤。 本文为研究行人与汽车碰撞生物力学问题和开发行人头部和下肢的防护技术,提供了一套有效的工具和仿真分析方法。模拟计算结果可作为车辆安全设计的参考依据。
【关键词】：行人肩部模型 损伤生物力学 头部损伤 下肢损伤 头部气囊 保险杠
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U461.91;R64;R318.01
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 研究的背景与意义11-12
• 1.2 国内外行人安全研究现状12
• 1.3 事故统计与损伤流行病学研究12-14
• 1.4 损伤生物力学14-17
• 1.4.1 损伤生物力学的基本理论14-15
• 1.4.2 人体损伤耐受极限15-16
• 1.4.3 人体损伤评估标准16-17
• 1.5 行人安全法规17-21
• 1.5.1 行人安全法规17-19
• 1.5.2 行人安全防护措施19-21
• 1.6 多刚体动力学基本理论简述21-23
• 1.6.1 单个刚体动力学21-22
• 1.6.2 多个刚体动力学22-23
• 1.7 本文研究目的和主要内容23-24
• 第2章 行人仿真模型的肩部生物逼真性改进与验证24-38
• 2.1 前言24-25
• 2.2 肩部解剖结构25-28
• 2.3 交通事故中常见的肩部损伤以及损伤机理28-29
• 2.3.1 肱骨近端骨折28
• 2.3.2 锁骨骨折28-29
• 2.3.3 肩胛骨骨折29
• 2.3.4 盂肱关节损伤29
• 2.3.5 肩锁关节损伤29
• 2.3.6 胸锁关节损伤29
• 2.4 原模型肩部结构的局限性29-30
• 2.5 肩部模型修改30-32
• 2.5.1 胸锁关节(Sternoclavicular joint)30
• 2.5.2 肩锁关节(Acromioclavicular joint)30
• 2.5.3 盂肱关节(Glenohumeral joint)30-31
• 2.5.4 铰链刚度特性及其运动范围31-32
• 2.6 肩部碰撞验证试验建立32-33
• 2.7 验证结果分析讨论33-36
• 2.8 改进前后的行人-汽车碰撞与碰撞试验对比36
• 2.9 本章小结36-38
• 第3章 汽车前部结构参数对人体下肢损伤影响分析38-48
• 3.1 引言38-40
• 3.2 汽车-行人多刚体模型建立40-42
• 3.2.1 行人模型40
• 3.2.2 汽车模型40-41
• 3.2.3 人-车碰撞模型41-42
• 3.3 行人下肢损伤的参数分析42-47
• 3.3.1 参数选择42
• 3.3.2 正交试验设计42
• 3.3.3 试验结果分析讨论42-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 汽车前部结构参数对头部损伤影响分析48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 紧凑型轿车前部结构参数对头部损伤的影响分析48-53
• 4.2.1 人车碰撞模型48-49
• 4.2.2 参数选择以及实验设计49-50
• 4.2.3 试验结果分析50-53
• 4.3 大型轿车前部结构参数对头部损伤的影响分析53-56
• 4.3.1 参数选择以及实验设计53-54
• 4.3.2 试验结果分析54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第5章 行人头部防护气囊参数分析及优化58-70
• 5.1 行人头部防护措施58-60
• 5.2 车-人碰撞仿真模型的建立60-62
• 5.2.1 汽车模型的建立60-61
• 5.2.2 行人模型的建立61
• 5.2.3 气囊模型建立61-62
• 5.2.4 人-车碰撞模型的建立62
• 5.3 模型输出文件62-63
• 5.4 气囊模型参数分析及优化63-68
• 5.4.1 设计变量选择63-65
• 5.4.2 气囊参数影响分析65-67
• 5.4.3 方差分析67-68
• 5.5 气囊模型参数优化68-69
• 5.6 本章小结69-70
• 第6章 面向行人保护的保险杠设计70-84
• 6.1 前言70-71
• 6.2 仿真模型建立71-75
• 6.2.1 下肢冲击器模型71-74
• 6.2.2 汽车前部结构模型建立74
• 6.2.3 初始边界条件以及接触定义74-75
• 6.2.4 结果输出文件75
• 6.3 保险杠行人保护性能改进75-83
• 6.3.1 原始模型下肢保护性能评价75-78
• 6.3.2 下肢保护性能改进措施78-83
• 6.4 本章小结83-84
• 总结和展望84-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录91

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 陈勇;行人和自行车交通事故中头部动力学响应和损伤机理研究[D];湖南大学;2010年

2 刘维海;轿车正面碰撞被动安全性研究[D];吉林大学;2012年

3 陈金华;交叉型乘用车行人碰撞安全的设计方法与应用研究[D];华南理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 闫宏涛;基于行人腿部与汽车前保险杠碰撞安全性仿真研究[D];重庆交通大学;2011年

2 李玉华;车辆与行人碰撞中行人下肢损伤防护技术研究[D];湖南大学;2011年

3 龙腾蛟;基于行人保护的轿车前部造型特征研究[D];湖南大学;2012年

4 邓智伟;下肢冲击器与行人下肢有限元仿真碰撞对比研究[D];湖南大学;2011年

5 毕腾飞;汽车碰撞行人时对行人头部保护的研究[D];武汉理工大学;2013年

6 谷阳阳;基于行人腿部保护的汽车前保险杠结构优化仿真研究[D];武汉理工大学;2013年

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本文编号：470435