基于SHPB测试技术的假人皮肤材料动态力学性能测试研究

发布时间：2020-06-12 10:29

【摘要】：实现自主研制汽车碰撞假人,其外部皮肤材料至关重要。假人皮肤材料是一种仿人体皮肤组织的仿生材料,研究假人皮肤材料的力学性能,对指导材料生产配方、工艺优化有重要意义。同时,研究假人皮肤材料的力学性能对本构模型建立、有限元分析中材料的参数设置提供基础可靠的数据。由于假人皮肤材料具有应变率相关的力学特性,静态力学性能和动态力学性能差异很大,动态力学性能直接关系到假人能否真实地反映人体在同等测试条件下的动态响应,故深入研究假人皮肤动态力学行为是实现汽车碰撞假人检测与数据处理的基础。研究材料动态力学性能常用的实验手段是霍普金森杆,该技术用于测试硬质材料十分成熟,但在测试软质材料时存在透射信号弱、横向惯性效应、纵向惯性效应、摩擦效应、端面受力不平衡、无法实现常应变率加载等问题,本文在传统霍普金森杆平台的基础上发展了适用于测试假人皮肤材料的霍普金森杆测试平台。实验时使用铝杆代替传统的钢制杆达到阻抗匹配,获取较强的透射信号,同时使用灵敏度较高的半导体应变片检测透射应变信号。通过设计合理的试样尺寸、增加润滑和使用焊锡丝整形器等方式减小摩擦效应和惯性效应的影响,实现应力平衡。为了能获取较好质量的检测信号,使用半导体应变片代替定值电阻自制了桥盒,并介绍了细长型弹性杆应变片的粘贴,动态应变仪电桥的连接方式。对系统进行了静态标定和动态标定并分析了两种方式的区别,使用二次多项式拟合了线性度不高的半导体应变片灵敏度系数。在此基础上,对进口假人皮肤材料和国产假人皮肤材料分别进行了实验。两种材料的应力应变曲线变化趋势相近,具有高度非线性的特征。两种材料在5000s-1应变率以下,性能接近,软化效应和应变强化效应比较平缓。随着应变率的增大,两种材料的软化效应和应变强化效应逐渐增强,国产假人皮肤材料应变强化效应表现更明显。随后使用二阶超弹性本构模型Ogden和改进的粘弹性ZWT本构模型对两种材料进行了参数拟合,Ogden模型对加载初始的软化部分不能拟合,改进的ZWT模型对两种材料的拟合度更高。
【图文】：

交通状况,交通事故,假人,汽车

安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论肤材料的基础测试数据的准确性至关重要。目前，专门研究假人皮肤的力学行为的文献较少，且多停留在静态力学，动态力学鲜有涉及，而用于汽车碰撞假人却需要假人皮肤材料的动态力学数据。1.1.2 假人与汽车安全汽车碰撞假人是伴随汽车安全背景下的实验产物，汽车自诞生以来，给人类的出行带来了极大方便，汽车行业的发展经历了辉煌、衰败、稳定的过程。伴随着我国城镇化过程推进，以及新能源、智能化的行业发展趋势，汽车行业在我国将迎来发展高峰，居民汽车保有量成上升趋势，图 1-1 展示了近年来汽车行业的发展趋势[2]。

安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论据的真实性、准确性很大程度上依赖实验方法和假人设备及其传感器。所以，一整套碰撞假人测试系统价格不菲。为解决实车碰撞成本高昂的突出问题，计算机技术发展出来的有限元分析法得到广泛应用，有限元分析先是建立实物三维模型，通过划分单元网格的方法，将整个模型离散化，求解之后将结果封装组合，这种方法求解系统越来越完善，精度也越来高，且能够反映出模型中每个部位的随时间的载荷情况。有限元分析需要向计算机输入精确的材料力学参数，所以材料的本构模型对整个计算起着决定性的影响，而本构模型建立的关键在于材料的实验。1.2 生物仿真假人介绍生物仿真假人是一个仿生设备，，依据人体组织设计制造，材料组织等效，外
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB391

【参考文献】