基于人车碰撞事故再现的行人头部落地损伤机理研究
发布时间：2021-07-08 08:53
近年来,由于道路设施的高速发展及汽车保有量的迅速增加,道路交通事故频频发生,不仅对公共财产造成巨大损失,同时也对人们的生命带来巨大威胁。在所有的道路使用者中,行人处于最弱势的地位,在交通事故中存在非常高的伤亡风险。根据行人损伤部位情况的统计数据,在所有交通事故中,头部在车辆等碰撞载荷作用下发生的创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury,TBI）,成为行人致死、致伤的主要因素。因此,开展有关汽车-行人交通事故中的行人头部损伤分析就显得尤为重要。首先,论文回顾了人体头部有限元模型的发展历程,然后分别基于多刚体模型和有限元模型,阐述了碰撞事故中行人头部落地损伤的研究现状。其次,本文根据两起真实的汽车-行人碰撞案例,利用事故调查报告记录的现场信息、车辆前部特征和人体测量学参数对案例进行了事故再现分析。通过对事故现场的仿真,重现了事故发生时的整个过程,详细分析了行人动力学响应以及行人的受伤情况。对比真实交通事故与事故再现的结果,诸如刹车痕迹、车辆最终停止位置和行人损伤等数据,验证了人车碰撞模型的可行性和准确性。然后,基于所建立的多刚体模型,分析由于车型、碰撞速度及角度的不同,引...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
8式中：F为车辆制动摩擦力，单位为N；s为车辆制动印迹，单位为m；m为汽车质量，单位为kg；v0为出现制动印迹时的汽车初速度，单位为m/s；φ为道路附着系数；i为坡度，上坡为正，下坡为负；g为重力加速度，取g=9.8m/s2。将式（2-2）代入式（2-1）中，得印迹起点处车辆的瞬时速度为：0v=254(i)s(Km/h)(2-3)（2）通过人体抛距再现在交通事故中，行人从被车辆撞击的初始位置开始到最终完全静止位置的距离即为人体抛距，它包含行人在车上共同运动时的载距、行人被抛出后运动的距离以及行人落到地面后翻滚或滑移的距离。在不明确车辆制动状况的情形下，应用行人抛距估算瞬时碰撞速度不再依靠制动印迹进行推断。最常用的车速-抛距关系解析公式是Searle“坠落-弹跳-滑动”模型[38]，具体的行人抛射过程如图2-1所示，模型具体描述的行人抛距-抛出速度关系如下：22232()()2pppppHvtSDDVtgg=+=+(2-4)2322[()]()cossinpppvpgDDHVt+=+(2-5)式中：S为行人抛距，单位为m；Vp为行人抛出速度，单位为m/s；H2为行人重心高度，单位为m；为人体与地面摩擦系数；θ为行人抛射角。图2-1基于Searle模型[38]的行人重心轨迹Fig.2-1ThepedestriancentreofgravitytrajectoryinSearle’smodel38]2.2行人头部解剖结构及损伤机理2.2.1头部解剖结构人体头部可分为面部和颅脑部两个部分，面部包括面颅骨及其肌肉、皮肤、血管和神经组织；颅脑部包括头皮及其血管和神经组织、颅骨、脑膜和脑，脑又包括大脑、小脑及脑干等，如图2-2所示。
10是脑震荡，另一种是弥散性轴索损伤。2.3行人头部损伤评价指标及耐受限度2.3.1损伤评价指标当头部受到载荷作用时，不仅有可能会引起颅骨的结构变形，还会导致脑组织内部产生应力，应力的类型主要有压缩应力、拉伸应力和剪切应力。头部能够承受的这些应力值都有一定的上限，若实际承受的值超过这个上限，就会引起不同类型的头部损伤。从工程的角度来看，最常用的指标包括韦恩州立大学的头部耐受限度曲线和头部损伤评价指标（HIC,HeadInjuryCriterion）。在医学中，最常用的是损伤定级表（AIS）等。（1）头部耐受限度曲线韦恩州立大学[39]的学者们于1960年提出了韦恩头部限度曲线，这是全球首次量化头部损伤耐受限度，如图2-3所示。该量化曲线是由冲击头部前额的时间、加速度最大值和头部振荡关系所得，根据曲线显示，头部发生损伤的几率随有效加速度作用时间的增加而增大。曲线代表头部耐受阈值，超出曲线则代表头部存在AIS3+等级的损伤风险。图2-3头部耐受限度曲线图Fig.2-3Thecurveofheadtolerancelimit（2）头部损伤评价指标（HIC）Versaced[40]于1971年提出的头部损伤评价指标（HIC），可以准确区分在较低的加速度下持续作用的损伤情况，其表达式如下：212.521max211[()(())]ttHICttatdttt=(2-6)式中，a(t)为头部质心合成加速度；t2-t1为HIC达到峰值的时间间隔，一般取15ms或36ms。当选取15ms时，若HIC值高于1000，则表明存在20%的AIS3+级头部损伤风险。（3）简明损伤定级法（AIS）AIS[41]是评价交通事故中人体损伤程度最通用且最受大众认可的一种方法，它以生物力学为基础，根据器官和组织的损伤程度，对人体损伤进行6个等级划分，划分结果如表2-1所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PC-Crash的汽车与行人碰撞的仿真研究[J]. 王国林,鲁砚,周孔亢. 拖拉机与农用运输车. 2008(01)
[2]额、枕部直接冲击导致脑挫裂伤的力学机制研究[J]. 何黎民,卢亦成,吴建国,王伟民,刘平,陈学强. 中华神经医学杂志. 2005(09)
硕士论文
[1]基于乘员伤害分析的颅脑精细建模与损伤机理研究[D]. 王聪.吉林大学 2015
[2]车辆碰撞事故中颅脑损伤建模与伤害评价研究[D]. 胡浩.吉林大学 2014
[3]基于MADYMO的人—车碰撞事故行人头部损伤影响因素研究[D]. 石小荣.武汉理工大学 2013
[4]基于交通事故深度调查分析的颅脑减速伤研究[D]. 徐臣.重庆理工大学 2013
[5]车辆碰撞事故中人体头部生物力学响应仿真模拟研究[D]. 施磊.华南理工大学 2011
[6]车人碰撞事故再现与数值仿真分析[D]. 冯晟.上海交通大学 2008
本文编号：3271254
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
8式中：F为车辆制动摩擦力，单位为N；s为车辆制动印迹，单位为m；m为汽车质量，单位为kg；v0为出现制动印迹时的汽车初速度，单位为m/s；φ为道路附着系数；i为坡度，上坡为正，下坡为负；g为重力加速度，取g=9.8m/s2。将式（2-2）代入式（2-1）中，得印迹起点处车辆的瞬时速度为：0v=254(i)s(Km/h)(2-3)（2）通过人体抛距再现在交通事故中，行人从被车辆撞击的初始位置开始到最终完全静止位置的距离即为人体抛距，它包含行人在车上共同运动时的载距、行人被抛出后运动的距离以及行人落到地面后翻滚或滑移的距离。在不明确车辆制动状况的情形下，应用行人抛距估算瞬时碰撞速度不再依靠制动印迹进行推断。最常用的车速-抛距关系解析公式是Searle“坠落-弹跳-滑动”模型[38]，具体的行人抛射过程如图2-1所示，模型具体描述的行人抛距-抛出速度关系如下：22232()()2pppppHvtSDDVtgg=+=+(2-4)2322[()]()cossinpppvpgDDHVt+=+(2-5)式中：S为行人抛距，单位为m；Vp为行人抛出速度，单位为m/s；H2为行人重心高度，单位为m；为人体与地面摩擦系数；θ为行人抛射角。图2-1基于Searle模型[38]的行人重心轨迹Fig.2-1ThepedestriancentreofgravitytrajectoryinSearle’smodel38]2.2行人头部解剖结构及损伤机理2.2.1头部解剖结构人体头部可分为面部和颅脑部两个部分，面部包括面颅骨及其肌肉、皮肤、血管和神经组织；颅脑部包括头皮及其血管和神经组织、颅骨、脑膜和脑，脑又包括大脑、小脑及脑干等，如图2-2所示。
10是脑震荡，另一种是弥散性轴索损伤。2.3行人头部损伤评价指标及耐受限度2.3.1损伤评价指标当头部受到载荷作用时，不仅有可能会引起颅骨的结构变形，还会导致脑组织内部产生应力，应力的类型主要有压缩应力、拉伸应力和剪切应力。头部能够承受的这些应力值都有一定的上限，若实际承受的值超过这个上限，就会引起不同类型的头部损伤。从工程的角度来看，最常用的指标包括韦恩州立大学的头部耐受限度曲线和头部损伤评价指标（HIC,HeadInjuryCriterion）。在医学中，最常用的是损伤定级表（AIS）等。（1）头部耐受限度曲线韦恩州立大学[39]的学者们于1960年提出了韦恩头部限度曲线，这是全球首次量化头部损伤耐受限度，如图2-3所示。该量化曲线是由冲击头部前额的时间、加速度最大值和头部振荡关系所得，根据曲线显示，头部发生损伤的几率随有效加速度作用时间的增加而增大。曲线代表头部耐受阈值，超出曲线则代表头部存在AIS3+等级的损伤风险。图2-3头部耐受限度曲线图Fig.2-3Thecurveofheadtolerancelimit（2）头部损伤评价指标（HIC）Versaced[40]于1971年提出的头部损伤评价指标（HIC），可以准确区分在较低的加速度下持续作用的损伤情况，其表达式如下：212.521max211[()(())]ttHICttatdttt=(2-6)式中，a(t)为头部质心合成加速度；t2-t1为HIC达到峰值的时间间隔，一般取15ms或36ms。当选取15ms时，若HIC值高于1000，则表明存在20%的AIS3+级头部损伤风险。（3）简明损伤定级法（AIS）AIS[41]是评价交通事故中人体损伤程度最通用且最受大众认可的一种方法，它以生物力学为基础，根据器官和组织的损伤程度，对人体损伤进行6个等级划分，划分结果如表2-1所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PC-Crash的汽车与行人碰撞的仿真研究[J]. 王国林,鲁砚,周孔亢. 拖拉机与农用运输车. 2008(01)
[2]额、枕部直接冲击导致脑挫裂伤的力学机制研究[J]. 何黎民,卢亦成,吴建国,王伟民,刘平,陈学强. 中华神经医学杂志. 2005(09)
硕士论文
[1]基于乘员伤害分析的颅脑精细建模与损伤机理研究[D]. 王聪.吉林大学 2015
[2]车辆碰撞事故中颅脑损伤建模与伤害评价研究[D]. 胡浩.吉林大学 2014
[3]基于MADYMO的人—车碰撞事故行人头部损伤影响因素研究[D]. 石小荣.武汉理工大学 2013
[4]基于交通事故深度调查分析的颅脑减速伤研究[D]. 徐臣.重庆理工大学 2013
[5]车辆碰撞事故中人体头部生物力学响应仿真模拟研究[D]. 施磊.华南理工大学 2011
[6]车人碰撞事故再现与数值仿真分析[D]. 冯晟.上海交通大学 2008
本文编号：3271254
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