汽车碰撞假人皮肤的制备及其力学性能测试分析

发布时间：2020-06-21 05:32

【摘要】：随着现代制造业的高速发展,我国汽车制造技术正朝着多样化、高科技、现代化方向发展。建设交通强国是实现社会主义现代化强国目标的重要支撑,是满足人民日益增长的美好生活需要的必然要求,是增强发展后劲的必由之路。对汽车车况的模拟、测试、试验会更加全面和系统,汽车碰撞试验所使用的假人仿真技术也将更加先进。作为第一道碰撞屏障,假人皮肤是汽车碰撞试验中直接与外界接触并产生作用的部位,它的材料特性对于假人在整个碰撞过程的生物力学响应有着很大的影响。所设计的假人皮肤既要保证将外部的冲击、加速度等相关信号准确地传入内部传感器,又要确保一定的使用频次。因此选择用于制备假人皮肤的原材料应具有一定的柔韧性,同时也应该具有优良的成型性能,方便后续制成多种符合人体结构的形状,并且在安装时方便连接。本文通过多次尝试和筛选,最终选用线性低密度聚乙烯和通用型聚氯乙烯作为两大基础材料,选用热塑性聚氨酯作为混合材料。设定0%、20%、40%、60%、80%五个共混比例,均进行预处理。线性低密度聚乙烯与热塑性聚氨酯进行物理共混温度为180℃-190℃;聚氯乙烯与热塑性聚氨酯进行物理共混,温度为170℃-180℃。以50rad/min的转速混炼10min左右,取下半成品,于平板硫化机上压制成厚度分别为2mm和4mm的均匀薄片状皮肤试样。然后对上述100%LLDPE、80%LLDPE+20%TPU、60%LLDPE+40%TPU、40%LLDPE+60%TPU、20%LLDPE+80%TPU和100%PVC、80%PVC+20%TPU、60%PVC+40%TPU、40%PVC+60%TPU、20%PVC+80%TPU共十组皮肤样品进行拉伸、冲击强度及邵氏硬度的测试。通过大范围配比的试样制备和基本力学性能测试,可以看出线性低密度聚乙烯与热塑性聚氨酯共混组样品硬而韧,有明显的屈服和塑性变形,随热塑性聚氨酯含量增加屈服应力有所下降,冲击强度虽然呈下降趋势但变形量明显提升。聚氯乙烯与热塑性聚氨酯共混组样品软且弹,没有明显的屈服和塑性形变。20%LLDPE+80%TPU试样延伸率最高,达到277.79%。60%PVC+40%TPU试样延伸率最低,为148.94%。结合硬度测试结果,发现聚氯乙烯与热塑性聚氨酯共混组成型性更优,线性低密度聚乙烯与热塑性聚氨酯共混组强度更高。利用所得数据对样品的冲击性能及硬度指标与原材料配方之间的关系进行回归分析,可以看出100%LLDPE、80%LLDPE+20%TPU、60%LLDPE+40%TPU、40%LLDPE+60%TPU、20%LLDPE+80%TPU五组假人皮肤试样的冲击强度、硬度指标与原材料配比大体上符合负相关关系,一次线性回归拟合方程可以进行性能预测和原材料配比反求。100%PVC、80%PVC+20%TPU、60%PVC+40%TPU、40%PVC+60%TPU、20%PVC+80%TPU五组假人皮肤试样的冲击强度、硬度与原材料配比大体上符合抛物线关系。随着热塑性聚氨酯的加入,冲击强度先下降至最低点又有所回升,二次回归拟合方程可以进行性能预测和原材料配比反求。通过对原材料配比和力学性能的大范围回归分析,并根据所需性能对样品配方进行预测和设计,能够满足不同类型碰撞试验对假人外附皮肤的性能要求。通过拟合规律,可进行材料共混比例反求,期待能为后续实验提供参考。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.14
【图文】：

程序框图,实车碰撞试验,程序框图,乘员

图 1.1 实车碰撞试验程序框图Fig.1.1 Block Diagram of Real Vehicle Collision Test被动安全研究的最终目的是在汽车发生事故时，最大限度地减少对人员（乘员和行人）的伤害。汽车碰撞事故发生的情况主要有：正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞和车辆滚翻等。统计数据显示，在汽车各类碰撞事故中，正面碰撞的发生几率为 59%，侧面碰撞发生的几率约为 27%[36]。因此，碰撞中人员主要受到以下伤害：（1）碰撞时汽车结构变形直接对乘员造成伤害；（2）碰撞时乘员与车内结构发生二次碰撞造成的伤害；（3）碰撞时以及碰撞后乘员身体部分超出车外，受到伤害；（4）碰撞后燃油起火，引起对乘员的伤害；（5）发生行人碰撞时，保险杠对行人腿部造成的伤害；（6）发动机盖对行人头部造成的伤害；（7）碰撞中车体冲击加速度峰值对乘员的伤害（特别是脑部和内脏）。汽车被动安全性法规

假人,家族

图 1.3 Hybrid-III 型假人家族[45]Fig.1.3. Hybrid-III Dummy Family撞假人的研制尚处于起步阶段。1992 年开始了汽车被动车研究所、中国汽车技术研究中心、国家汽车质量监督中性试验台。交通部通县试验场建立了电机牵引汽车碰撞条件以及试验条件的影响，进展缓慢。遍采用美国的假人作为试验受体，我国的被动安全相关法基准制定的。碰撞假人市场被美国个别企业所垄断。美国驾乘人员的实际情况相差较大，用欧美的假人系统对新车确反映中国人在碰撞中所可能受到的伤害，没有充分体现本意。这种现状既不利于保护更多乘员的利益，而且可能的要求，在与国外厂商竞争中处于不利地位。因此开发能

【相似文献】