车辆后碰撞中乘员颅脑与颈部脊髓损伤研究

发布时间：2020-04-18 17:51

【摘要】：我国经济快速发展,人民生活水平不断提高,人均汽车保有量不断增大,同时我国交通情况极其复杂,因此汽车交通事故发生的频率越来越高。目前,乘员的损伤机理还存在较大的争议,尤其是不同后碰撞强度下乘员头颈软组织的损伤耐受限度及汽车约束系统对此类损伤的影响。因此,针对乘员头颈损伤机理进一步进行研究,具有一定的理论与现实意义。本研究旨在通过建立具有高度生物逼真度的混合乘员假人模型,研究不同后碰撞强度下乘员的头颈动力学响应以及头颈软组织的损伤情况,研究座椅参数对乘员头颈伤害的影响,为汽车座椅的安全设计提供一定的参考。本文首先依据颈部MRI影像建立了乘员颈部脊髓有限元模型,参考前人的体外研究(轴向拉伸、径向压缩与径向冲击)验证颈部脊髓模型的有效性。在湖南大学原有的具有肌肉主被动特性的假人头颈模型基础上,将颈部脊髓模型添加到头颈模型中,以具有详细脑部结构的头部替换原有的刚性头骨,建立了头颈改进模型,参照瑞典查尔莫斯大学Davidsson等人的志愿者实验结果对头颈改进模型的有效性进行验证。为了提高模型计算效率且保证模型的生物逼真度,将BioRIDⅡ假人的躯干以下部分与头颈改进模型结合,建立混合假人模型,并利用Davidsson等人的志愿者实验结果对混合模型进行有效性验证。然后本文利用成功验证的混合乘员模型研究了后碰撞下乘员头颈动力学响应与局部生物力学响应,探讨了不同碰撞强度对乘员损伤的影响。最后利用混合模型研究了汽车座椅的几何参数对乘员局部生物响应的影响,提出了减小损伤风险的措施。研究结果表明,本文建立的颈部脊髓模型、头颈改进模型、混合后碰撞乘员模型具有较好的生物逼真度,可以有效的用于头颈损伤研究;后碰撞中乘员颅骨主要受到剪切作用,当冲击载荷较低时,随着冲击强度加大,乘员颅骨的应力有所增大,但是当冲击达到高强度时,乘员颅骨应力值有所减小。乘员头颈软组织主要受到挤压作用。大脑应力随着碰撞强度的加强而不断增大。小脑与脑干在高强度冲击下挤压作用较大,在中等强度冲击下剪切作用较大。颈部脊髓灰、白质在中等碰撞条件下较容易受到挤压作用,且灰质的损伤风险高于白质。合理减小头后间隙、增大头枕高度、减弱头枕刚度,可以增强座椅对乘员的保护能力。
【图文】：

事故,比例,乘员

接或间接导致的了350万人死亡和1800万人伤残，给个人与社会带来巨大的损失和负担。图1.1 不同类型事故比例图1.2 不同类型事故造成损失比例汽车交通事故中的汽车碰撞可根据碰撞方向的不同分为正面、侧面、追尾以及翻滚等碰撞。2010年的统计数据表明在各类碰撞事故中，不同类型事故的比例与对应的损失占比分别如图1.1和1.2所示，其中追尾碰撞发生的概率为5.2%，造成损失的占比达到了8%。后碰撞由于很少造成乘员致命伤而容易被忽视，但是其造成的乘员头颈伤害频率却很高。2007年日本的一项研究显示汽车追尾碰撞造成的颈部伤害达90%[4]。在所有交通事故中，驾驶员头部是最易受到伤害的部位之一[5]，在追尾事故中，脑部损伤的发生频率越来越高，且损伤程度与碰撞强度具有一定的相关性。在后碰撞中，由于乘员颈部容易遭受“S”状的变形

事故,比例,乘员

接或间接导致的了350万人死亡和1800万人伤残，给个人与社会带来巨大的损失和负担。图1.1 不同类型事故比例图1.2 不同类型事故造成损失比例汽车交通事故中的汽车碰撞可根据碰撞方向的不同分为正面、侧面、追尾以及翻滚等碰撞。2010年的统计数据表明在各类碰撞事故中，不同类型事故的比例与对应的损失占比分别如图1.1和1.2所示，其中追尾碰撞发生的概率为5.2%，造成损失的占比达到了8%。后碰撞由于很少造成乘员致命伤而容易被忽视，但是其造成的乘员头颈伤害频率却很高。2007年日本的一项研究显示汽车追尾碰撞造成的颈部伤害达90%[4]。在所有交通事故中，驾驶员头部是最易受到伤害的部位之一[5]，在追尾事故中，脑部损伤的发生频率越来越高，，且损伤程度与碰撞强度具有一定的相关性。在后碰撞中，由于乘员颈部容易遭受“S”状的变形
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.14

【参考文献】