基于地铁乘员站立姿态头部碰撞损伤仿真分析研究
发布时间：2022-02-04 23:38
地铁是城市公共交通重要部分,碰撞事故一旦发生,将会造成巨大伤亡。本文建立车厢-乘员-扶手耦合三维多刚体动力学模型与头-地板耦合三维有限元模型,基于生物力学指标,研究3种基本工况下不同站姿地铁乘员头部损伤,旨在探究乘员姿态对头部损伤影响规律。结果表明:1)头部损伤生物力学指标最大值均基本集中在脑干处与颅脑顶端,可以判断发生脑损伤;2)地铁站立乘员抬头角度、面向方向对头部损伤影响较大,脚部竖跨角度对头部损伤结果有一定影响,而脚步横跨角度对头部损伤结果影响不大;3)地铁站立乘员保持头部弯曲角度45°、面向地铁行驶方向、脚步竖跨角度0°姿态,将在地铁碰撞事故中面临更严重脑损伤风险。
【文章来源】：铁道科学与工程学报. 2020,17(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
头部损伤分析流程图
分析基本工况一水平扶手站立乘员头部碰撞损伤情况，在头-地碰撞过程中，大脑承受持续压力和应力，主要集中在脑干和颅骨顶端。为了确保研究准确性，所有生物力学指标结果均采用相同方法获取，以颅内压力为例，说明头部损伤生物力学指标结果获取方法。该方法分3个步骤：1)观察应力云图找到最大正压、负压区域；2)在该区域分别取9个点(如图2(a));3)绘制所选点应力-时间曲线(如图2(b))，从应力-时间曲线中取最大值。同样方法用于获取脑组织Von-Mises应力和脑组织剪切应力。脑干处最大颅内正压为228.68 k Pa，大脑顶端最大颅内负压为76.52 k Pa，最大脑组织Von-Mises应力和脑组织剪切应力分别为0.76 k Pa和0.44 k Pa，均集中在脑干处，判断脑干处发生脑损伤。采用同样方法，分析另2种基本工况头部损伤结果。3种基本工况乘员头部碰撞部位和碰撞时间不完全相同，但脑组织Von-Mises应力与脑组织剪切应力均集中在脑干上端、脑干、小脑或大脑接触部位，这与多起事故重建得出结论相符[14]。
随着智能手机普及，“低头族”随处可见，相关研究表明，“低头族”颈椎大约在15°～60°屈曲位置，正常情况人体保持颈部弯曲15°。本节将考虑抬头角度对头部碰撞损伤影响，见图3(a)，以及不同手部握手机情况，对头部碰撞损伤影响，见图4(a)。图4 基于颅内压力不同手臂抬起下头部碰撞损伤结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二次碰撞简化模型的地铁乘员损伤研究[J]. 周俊先,陈秉智. 大连交通大学学报. 2017(02)
[2]基于坐姿假人的地铁乘员二次碰撞损伤影响分析[J]. 王存义,张乐乐,卫亮,宋宇. 铁道学报. 2015(03)
[3]地铁碰撞事故中站姿假人的响应仿真与损伤预测[J]. 卫亮,张乐乐,崔进,宋宇. 铁道学报. 2015(01)
[4]BRAIN INJURY BIOMECHANICS IN REAL WORLD VEHICLE ACCIDENT USING MATHEMATICAL MODELS[J]. OTTE Dietmar. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2008(04)
博士论文
[1]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]. 陈勇.湖南大学 2010
[2]基于真实车辆—行人交通事故的颅脑损伤风险分析研究[D]. 李凡.湖南大学 2009
[3]车辆碰撞事故中头部生物力学响应和损伤机理分析[D]. 许伟.湖南大学 2008
本文编号：3614157
【文章来源】：铁道科学与工程学报. 2020,17(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
头部损伤分析流程图
分析基本工况一水平扶手站立乘员头部碰撞损伤情况，在头-地碰撞过程中，大脑承受持续压力和应力，主要集中在脑干和颅骨顶端。为了确保研究准确性，所有生物力学指标结果均采用相同方法获取，以颅内压力为例，说明头部损伤生物力学指标结果获取方法。该方法分3个步骤：1)观察应力云图找到最大正压、负压区域；2)在该区域分别取9个点(如图2(a));3)绘制所选点应力-时间曲线(如图2(b))，从应力-时间曲线中取最大值。同样方法用于获取脑组织Von-Mises应力和脑组织剪切应力。脑干处最大颅内正压为228.68 k Pa，大脑顶端最大颅内负压为76.52 k Pa，最大脑组织Von-Mises应力和脑组织剪切应力分别为0.76 k Pa和0.44 k Pa，均集中在脑干处，判断脑干处发生脑损伤。采用同样方法，分析另2种基本工况头部损伤结果。3种基本工况乘员头部碰撞部位和碰撞时间不完全相同，但脑组织Von-Mises应力与脑组织剪切应力均集中在脑干上端、脑干、小脑或大脑接触部位，这与多起事故重建得出结论相符[14]。
随着智能手机普及，“低头族”随处可见，相关研究表明，“低头族”颈椎大约在15°～60°屈曲位置，正常情况人体保持颈部弯曲15°。本节将考虑抬头角度对头部碰撞损伤影响，见图3(a)，以及不同手部握手机情况，对头部碰撞损伤影响，见图4(a)。图4 基于颅内压力不同手臂抬起下头部碰撞损伤结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二次碰撞简化模型的地铁乘员损伤研究[J]. 周俊先,陈秉智. 大连交通大学学报. 2017(02)
[2]基于坐姿假人的地铁乘员二次碰撞损伤影响分析[J]. 王存义,张乐乐,卫亮,宋宇. 铁道学报. 2015(03)
[3]地铁碰撞事故中站姿假人的响应仿真与损伤预测[J]. 卫亮,张乐乐,崔进,宋宇. 铁道学报. 2015(01)
[4]BRAIN INJURY BIOMECHANICS IN REAL WORLD VEHICLE ACCIDENT USING MATHEMATICAL MODELS[J]. OTTE Dietmar. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2008(04)
博士论文
[1]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]. 陈勇.湖南大学 2010
[2]基于真实车辆—行人交通事故的颅脑损伤风险分析研究[D]. 李凡.湖南大学 2009
[3]车辆碰撞事故中头部生物力学响应和损伤机理分析[D]. 许伟.湖南大学 2008
本文编号：3614157
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