基于有限元的正面碰撞乘员安全防护研究

发布时间：2017-09-11 00:19

  本文关键词：基于有限元的正面碰撞乘员安全防护研究

  更多相关文章： 正面碰撞 约束系统 乘员损伤 THUMS人体模型

【摘要】：汽车安全性及乘员安全防护是汽车研发过程的主要性能之一。在以往的汽车正面碰撞试验和仿真分析中主要是利用混Ⅲ假人进行乘员安全防护的评估和研究。但是,混Ⅲ假人不能直观的反映乘员具体受伤情况,特别是内脏、韧带等软组织的受伤。本文基于国内某款SUV零部件试验和正面碰撞试验,建立了可靠的有限元约束系统模型,并利用传统混Ⅲ试验假人和第4代新版丰田人体模型THUMS(Total Human Model for Safety)进行了正面碰撞乘员的损伤研究。首先根据试验数据建立了传统混Ⅲ试验假人的有限元约束系统,并进行了有限元模型的有效性验证;在该模型的基础上,分析了丰田THUMS人体模型在碰撞中的动力学响应和生物力学反映,并对人体的受伤机理和评价准则进行分析研究;最后针对胸部受伤严重的问题利用试验设计方法(Design of experiment,DOE)进行了优化设计。本文基于开发出的气囊、安全带、座椅等有限元仿真的约束系统,对国内某款SUV正面碰撞工况乘员安全防护进行了研究分析,分析结果表明:THUMS人体模型头部、腿部无损伤风险;上肋骨应变大于3%,胸部压缩量达到38 mm,造成胸部简明损伤等级三级(AIS3)的概率为30%。因此,该碰撞工况下最有可能受伤的部位是胸部。通过对约束系统的DOE分析优化,THUMS人体模型胸部肋骨应变降低了27%,胸部侵入量减小了21%,内脏应变降低了18%,胸部受伤的概率大大降低,提高了对乘员胸部的安全防护作用。另外,THUMS人体模型可以直观、高效的对乘员受伤位置和受伤程度进行评估和预测,对于乘员保护的研究和碰撞生物力学的研究具有积极作用。
【关键词】：正面碰撞 约束系统 乘员损伤 THUMS人体模型
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.14;U491.61
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 课题的背景和意义8-10
• 1.2 乘员安全防护研究10-14
• 1.2.1 乘员损伤生物力学研究10-12
• 1.2.2 乘员约束系统研究12-13
• 1.2.3 碰撞技术法规13-14
• 1.3 国内外研究现状14-19
• 1.3.1 国外研究现状14-17
• 1.3.2 国内研究现状17-19
• 1.4 本课题研究的主要内容19-20
• 2 乘员安全防护基础理论20-30
• 2.1 车辆碰撞力学基本理论20-26
• 2.2 车辆多刚体仿真分析基本理论26-27
• 2.3 车辆有限元仿真分析基本理论27-30
• 3 乘员约束系统开发与验证30-40
• 3.1 基于零部件试验乘员约束系统建模30-37
• 3.1.1 驾驶舱模型建立30-31
• 3.1.2 安全气囊试验与模型建立31-34
• 3.1.3 安全带试验与模型建立34-35
• 3.1.4 转向机构试验与模型建立35-36
• 3.1.5 座椅试验与模型建立36-37
• 3.2 乘员损伤防护模型验证37-40
• 4 乘员损伤及碰撞生物力学研究40-56
• 4.1 正面碰撞乘员损伤生物力学研究40
• 4.2 THUMS人体模型动力学响应40-43
• 4.3 人体头、颈部损伤分析43-46
• 4.3.1 人体头、颈部损伤生物力学43-44
• 4.3.2 头部损伤机理和损害评价44-45
• 4.3.3 THUMS人体模型和HybridⅢ假人头、颈部损伤分析45-46
• 4.4 人体胸、腹部损伤分析46-51
• 4.4.1 人体胸、腹部损伤生物力学46-47
• 4.4.2 胸、腹部损伤机理和损害评价47-50
• 4.4.3 THUMS人体模型和HybridⅢ假人胸部损伤分析50-51
• 4.5 人体下肢损伤生物力学51-56
• 4.5.1 人体下肢解刨学结构52
• 4.5.2 下肢损伤机理和损害评价52-54
• 4.5.3 THUMS人体模型和HybridⅢ假人下肢损伤分析54-56
• 5 基于DOE的胸部损伤影响参数分析56-64
• 5.1 正交多因子试验设计56-58
• 5.2 进行试验与结果数据分析58-61
• 5.2.1 综合可比性分析59-60
• 5.2.2 对指标影响程度的极差分析60-61
• 5.3 THUMS人体模型优化方案验证61-64
• 6 总结与展望64-66
• 6.1 全文总结64-65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果72-73

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