基于车辆碰撞隔离护栏的乘员胸部损伤研究
发布时间：2021-08-25 14:17
车辆碰撞隔离护栏已成为了城市道路交通事故的主要表现形式之一。其造成损伤形式主要有二:其一“长杆侵彻损伤”,该护栏是由多个薄壁长杆连接而成,在碰撞事故中极易形成薄壁长杆而刺穿车体且贯穿乘员胸部;其二“气囊损伤”,气囊在非正常状态下冲击胸部。故对碰撞城市道路隔离护栏的薄壁长杆形成机理、乘员损伤和该护栏的优化改进的研究具有非常重要的实际意义。首先,针对车辆与城市道路隔离护栏碰撞事故后薄壁长杆形成的问题。应用CATIA和HYPERMESH建立整车-护栏的碰撞仿真计算模型,并用有限元通用显式程序LS-DYNA进行数值仿真分析;重现和分析护栏薄壁长杆的变形过程和形成机理;选取护栏交通事故监控和典型的事故案例与仿真结果进行对比分析;最后采用控制变量法对长杆是否形成的影响因素进行研究。通过仿真发现薄壁长杆是由自身结构变形和内部连接失效而形成;且其形成与碰撞角度、碰撞速度和护栏高度因素有关。其次,针对薄壁长杆形成后刺穿乘员胸部问题。利用医学软件（MIMICS）和工程软件（HYPERMESH）建立了以中国人体为特征的胸骨穿透有限元模型,研究和再现薄壁长杆穿透驾驶员胸部的损伤机理和贯穿过程。生物力学胸部模型...
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车辆与城市道路护栏碰撞事故Fig.1.2Collisionaccidentofvehicleandcityroadguardrail
青岛理工大学工程硕士学位论文7第2章动态显式非线性有限元理论车辆与隔离护栏发生碰撞、长杆贯穿胸部、气囊冲击胸部的研究涉及到非线性的相关理论。在其碰撞时的非线性问题主要表现在位移和应变[28,29]。在碰撞过程中材料变形方式为非线性弹塑性材料[30]。解决车辆碰撞问题主要建立在力学基础上，采用一般方法解决碰撞非线性问题是相当棘手的。然而，有限元理论和仿真软件的成熟对于解决非线性问题还是有帮助的。通过其结合可以较为准确模拟碰撞仿真过程，并可以得到和查看碰撞后能量、应变、应力等变化。2.1物质描述与非线性动态方程2.1.1物体运动描述如图2.1所示，物体运动可以用其来表示。在时间为0和t两个时刻状态。式(2-1)表示t=0时的矢量，如下：X==1,2,3(21)式(2-1)中，表示是物体的坐标，表示坐标矢量基。故可用x=，（可以表示为空间坐标），来描述质点在运动过程中的具体位置。图2.1物体初始和现时构形[31]Fig2.1Theinitialandpresentconfigurationoftheobject[31]拉格朗日法和欧拉法是用来阐述物体运动和变形状态。区别在于坐标位置的选取，分别称为物质描述和空间描述，以及分别描述物质坐标和空间坐标随时间的变化。
青岛理工大学工程硕士学位论文102.4沙漏控制为了在仿真计算过程中增加运算速率和减少计算时间，通常采用积分来简化运算。故常通过沙漏解决计算不稳定情况。当其出现时，常会降低计算结果准确性，导致与实际不符。因此把这方法定义沙漏。为了使本文在汽车碰撞仿真分析中，能够得到更加准确的结果，故沙漏的控制水平应当尽可能的降低。把仿真中的沙漏能准确控制在系统内能的10%以下，使其得到的结果具有可靠性。2.5四面体和六面体单元计算方法有限元法分析过程主要分为三个部分，分别为前处理、计算、后处理。前处理对于计算仿真结果的准确性有着密不可分的联系。在网格划分中，四面体包括4个节点（3个自由度）如图2.2。图2.2四面体单元示意图Fig.2.2Schematicdiagramoftetrahedralelements四面体单元的位移公式和形函数矩阵见公式(2-16)和式(2-17){(,,)=0+1+2+3(,,)=0+1+2+3(,,)=0+1+2+3(216)(,,)3×1=[100010001200020002300030003400040004]=3×1212×1(217)
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国2004-2015年交通事故影响因素实证研究[J]. 孙丽璐,吴奇,赵娟,陈甜,王霜,赵辉. 西南大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]城市道路交通事故特点及解决对策[J]. 赵琳娜. 汽车与安全. 2018(05)
[3]针对城市道路眩光的防眩设施改善设计[J]. 杜志刚,徐弯弯. 公路. 2017(09)
[4]基于正面碰撞实验的胸部损伤有限元分析[J]. 肖森,杨济匡,肖志,Jeff R.Crandall. 力学学报. 2017(01)
[5]有限元法在人体胸部建模研究中的应用[J]. 翁剑波,胡辉莹. 安徽医学. 2015(05)
[6]城市中央隔离栏安全性改善及优化研究[J]. 奚少新,徐良杰,刘启远,应聃. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2015(02)
[7]交通事故人员伤亡的影响因素分析[J]. 李蕊,赵丽华. 中国安全科学学报. 2015(04)
[8]人体生物力学模型建立及在汽车安全中的应用[J]. 蔡志华,兰凤崇,谌玉红. 中国科学:技术科学. 2014(08)
[9]准静态和动态载荷下的人体胸部响应有限元分析[J]. 王方,杨济匡,李桂兵. 汽车工程. 2014(02)
[10]人体胸廓骨骼三维有限元模型的构建及生物力学分析[J]. 邵煜,黄平,李正东,刘宁国,万雷,邹冬华,陈忆九. 法医学杂志. 2013(02)
硕士论文
[1]轿车与护栏碰撞仿真分析及护栏立柱优化[D]. 崔娜杰.大连理工大学 2018
[2]汽车安全气囊仿真分析方法的研究[D]. 黄骏.合肥工业大学 2015
[3]基于车身碰撞安全性的高速公路护栏的结构优化设计[D]. 郑玉娜.湖南大学 2013
[4]汽车安全气囊仿真分析方法的研究[D]. 郝旭超.吉林大学 2012
[5]重型车辆与半刚性护栏碰撞的有限元分析[D]. 赖跃.同济大学 2006
本文编号：3362275
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
车辆与城市道路护栏碰撞事故Fig.1.2Collisionaccidentofvehicleandcityroadguardrail
青岛理工大学工程硕士学位论文7第2章动态显式非线性有限元理论车辆与隔离护栏发生碰撞、长杆贯穿胸部、气囊冲击胸部的研究涉及到非线性的相关理论。在其碰撞时的非线性问题主要表现在位移和应变[28,29]。在碰撞过程中材料变形方式为非线性弹塑性材料[30]。解决车辆碰撞问题主要建立在力学基础上，采用一般方法解决碰撞非线性问题是相当棘手的。然而，有限元理论和仿真软件的成熟对于解决非线性问题还是有帮助的。通过其结合可以较为准确模拟碰撞仿真过程，并可以得到和查看碰撞后能量、应变、应力等变化。2.1物质描述与非线性动态方程2.1.1物体运动描述如图2.1所示，物体运动可以用其来表示。在时间为0和t两个时刻状态。式(2-1)表示t=0时的矢量，如下：X==1,2,3(21)式(2-1)中，表示是物体的坐标，表示坐标矢量基。故可用x=，（可以表示为空间坐标），来描述质点在运动过程中的具体位置。图2.1物体初始和现时构形[31]Fig2.1Theinitialandpresentconfigurationoftheobject[31]拉格朗日法和欧拉法是用来阐述物体运动和变形状态。区别在于坐标位置的选取，分别称为物质描述和空间描述，以及分别描述物质坐标和空间坐标随时间的变化。
青岛理工大学工程硕士学位论文102.4沙漏控制为了在仿真计算过程中增加运算速率和减少计算时间，通常采用积分来简化运算。故常通过沙漏解决计算不稳定情况。当其出现时，常会降低计算结果准确性，导致与实际不符。因此把这方法定义沙漏。为了使本文在汽车碰撞仿真分析中，能够得到更加准确的结果，故沙漏的控制水平应当尽可能的降低。把仿真中的沙漏能准确控制在系统内能的10%以下，使其得到的结果具有可靠性。2.5四面体和六面体单元计算方法有限元法分析过程主要分为三个部分，分别为前处理、计算、后处理。前处理对于计算仿真结果的准确性有着密不可分的联系。在网格划分中，四面体包括4个节点（3个自由度）如图2.2。图2.2四面体单元示意图Fig.2.2Schematicdiagramoftetrahedralelements四面体单元的位移公式和形函数矩阵见公式(2-16)和式(2-17){(,,)=0+1+2+3(,,)=0+1+2+3(,,)=0+1+2+3(216)(,,)3×1=[100010001200020002300030003400040004]=3×1212×1(217)
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国2004-2015年交通事故影响因素实证研究[J]. 孙丽璐,吴奇,赵娟,陈甜,王霜,赵辉. 西南大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]城市道路交通事故特点及解决对策[J]. 赵琳娜. 汽车与安全. 2018(05)
[3]针对城市道路眩光的防眩设施改善设计[J]. 杜志刚,徐弯弯. 公路. 2017(09)
[4]基于正面碰撞实验的胸部损伤有限元分析[J]. 肖森,杨济匡,肖志,Jeff R.Crandall. 力学学报. 2017(01)
[5]有限元法在人体胸部建模研究中的应用[J]. 翁剑波,胡辉莹. 安徽医学. 2015(05)
[6]城市中央隔离栏安全性改善及优化研究[J]. 奚少新,徐良杰,刘启远,应聃. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2015(02)
[7]交通事故人员伤亡的影响因素分析[J]. 李蕊,赵丽华. 中国安全科学学报. 2015(04)
[8]人体生物力学模型建立及在汽车安全中的应用[J]. 蔡志华,兰凤崇,谌玉红. 中国科学:技术科学. 2014(08)
[9]准静态和动态载荷下的人体胸部响应有限元分析[J]. 王方,杨济匡,李桂兵. 汽车工程. 2014(02)
[10]人体胸廓骨骼三维有限元模型的构建及生物力学分析[J]. 邵煜,黄平,李正东,刘宁国,万雷,邹冬华,陈忆九. 法医学杂志. 2013(02)
硕士论文
[1]轿车与护栏碰撞仿真分析及护栏立柱优化[D]. 崔娜杰.大连理工大学 2018
[2]汽车安全气囊仿真分析方法的研究[D]. 黄骏.合肥工业大学 2015
[3]基于车身碰撞安全性的高速公路护栏的结构优化设计[D]. 郑玉娜.湖南大学 2013
[4]汽车安全气囊仿真分析方法的研究[D]. 郝旭超.吉林大学 2012
[5]重型车辆与半刚性护栏碰撞的有限元分析[D]. 赖跃.同济大学 2006
本文编号：3362275
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