车用CFRP层压圆柱壳冲击损伤分析及最小穿透能量预测

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)在汽车曲面零部件上的应用前景,该文以碳纤维增强复合材料(CFRP)层压圆柱壳作为对象,研究其在落锤冲击工况下的损伤与吸能特性。基于复合材料均质化方法,建立CFRP层压圆柱壳落锤冲击的多尺度模型,探究曲率半径对冲击损伤和能量吸收的影响;并采用非线性拟合方法建立了最小穿透能量与层压圆柱壳材料参数、结构参数及落锤参数之间的函数关系,实现概念设计阶段最小穿透能量的快速预测,对比仿真结果拟合公式的误差在20%以内。结果表明:相较于平板,层压圆柱壳的峰值载荷宽度更大、更平稳。在60 J冲击作用下,层压圆柱壳各铺层损伤面积相对均匀,其中纤维损伤与曲率半径无关,基体损伤面积随曲率半径增大而增大;当曲率半径为100 mm时,层压壳承载及抵抗变形能力较好,具有较好的抗冲击性;当曲率半径为200 mm时,层压壳耗散能量最多,吸能效果较好。

行人头部撞击汽车发动机罩盖的多波峰特征与结构设计

为了解汽车发动机罩盖的结构设计对行人头部冲击响应的影响机理,提出了一种结构设计。根据行人头部冲击器与发动机罩盖碰撞加速度波形的多个波峰的特征,划分为不同阶段;分析了罩盖的碰撞变形过程和吸能机理,各阶段分别受罩盖随动质量、结构刚度、边界支撑及下方变形空间等因素的主导;对各主导因素进行补偿,以实现最优波形的罩盖结构设计方法。以某量产车型作为工程应用实例,给出了具有夹层板结构的发动机罩盖设计方案。结果表明:该设计能够改善行人头部碰撞保护性能,为发动机罩盖设计提供参考。

针对行人髋部碰撞保护的汽车前端造型与结构概念设计研究

分析了汽车前端造型因素对行人髋部碰撞的影响,提出了以降低碰撞能量输入为目标的车型外轮廓设计方法,并建立了髋部冲击器与某实车车型发动机罩前缘碰撞模型。基于该模型对其行人髋部碰撞保护性能进行了分析评估,结合各个碰撞位置的局部结构特征,进行了有针对性的结构改进设计。仿真结果表明,通过增设可变形吸能结构、削减局部结构刚度等措施,可以改善髋部冲击器的碰撞波形,降低损伤指标的峰值,为以Euro NCAP评价为目标的实车造型和结构设计提供参考。

未来交通事故场景中乘员智能保护的挑战与机遇

该文预测了在未来智能交通环境下汽车碰撞事故的新问题,综述了技术驱动下的汽车乘员约束系统的智能化发展趋势。一方面,网联汽车技术和自动驾驶技术可降低汽车碰撞事故的发生率,将有更多高速队列行驶的情况出现,这样的高动能系统中因小概率意外引发的多车高速碰撞事故后果不容忽视。另一方面,智能行车技术也将提升碰撞预判的准确性与乘员约束系统的优化。结合乘员状态识别技术、不同人体的碰撞损伤特性数据以及赛车驾驶员约束形式,为不同的碰撞工况、乘坐形式和姿态以及乘员的生物力学特性,提供有针对性的实时、自适应碰撞保护,在确保高速碰撞事故中乘员安全的同时兼顾舒适性和方便性。

基于PET研究针刺足三里治疗AD模型大鼠的机理

目的:基于PET,对针刺AD模型大鼠足三里状态下脑功能成像进行研究,旨在探讨针刺足三里治疗AD的机制。方法:80只SD大鼠先分为假手术组(15只)及造模组(65只);造模组接受腹腔注射D-半乳糖及基底核注射IBO联合方法造模,经Y迷宫检测与假手术组比较后,符合成模标准的45只大鼠按随机数字表原则分为3组:模型组(15只);非穴组(15只);足三里组(15只)。以上3组进行PET检测(假手术组不纳入PET检测);所得图像资料应用SPM2进行分析处理。结果:与模型组相比,非穴组葡萄糖代谢升高的脑区为:右侧边缘系统(隔区),右侧额叶(额眶部皮质);左胼胝体,左伏隔核,左侧边缘系统(隔区),左纹状体。与模型组相关,足三里组示葡萄糖代谢升高的脑区为:右侧边缘系统(黎状皮质),右颞叶(嗅皮质),右杏仁核,右海马区;左边缘系统(梨状皮质),左颞叶(嗅皮质)。与非穴组相比,足三里组示葡萄糖代谢升高的脑区为:右杏仁核,左颞叶(嗅皮质),左杏仁核。结论:针刺非穴及足三里均有脑区的激活;针刺足三里集中在边缘系统及颞叶,其中对颞叶的激活,与治疗AD密切相关。

阿尔茨海默病模型大鼠脑葡萄糖代谢的PET影像特征

目的应用正电子发射计算机断层扫描(PET)检测阿尔茨海默病(AD)模型大鼠的葡萄糖代谢情况,为早期诊断AD提供实验依据。方法将40只SD大鼠分为假手术组15只和模型组25只,采用腹腔注射D-半乳糖及颅内注射IBO制作AD模型。对两组大鼠的脑区进行PET扫描,所得图像数据资料用SPM2软件进行处理。结果与假手术组相比,模型组葡萄糖代谢降低的脑区为右顶叶及左纹状体,升高的脑区主要位于边缘系统。结论顶叶葡萄糖代谢降低为AD的PET特征征象,可用于协助AD的早期诊断。

基于EEVC要求的行人碰撞试验台的研制和评估

基于EEVC/WG17制定的行人碰撞保护试验标准,开展了行人模块碰撞试验台的研制工作。文中介绍了该试验台的工作原理和各个功能模块的设计,并利用该试验台进行了行人头部模块和下肢模块碰撞试验,从能量、控制精度和试验可重复性等方面对其试验能力进行了初步评估。试验结果表明,该试验台满足EEVC制定的相关试验要求,可用于行人碰撞保护的研究和设计开发。

自行车座高对骑车人脊背前倾角和头部损伤的影响

以46组物理试验和98组数字模拟试验,以自行车车型、座高、骑车人体型及汽车车型为变量,研究了自行车座高对骑车人脊背前倾角(背角)和头部损伤的影响。物理试验发现:影响背角的显著因素有自行车车型、座高及骑车人体型。数字模拟试验发现:座高与骑车人头部损伤显著相关,不同汽车车型、自行车车型与骑车人体型组合下的头部损伤随座高变化规律不同,存在头部损伤耐受座高。头部损伤降低的内因是头部与汽车相对碰撞速度的降低。该研究结果可为汽车与自行车仿真试验提供支持,为骑车人头部防护措施提供建议。

基于VRUs深度事故重建的AEB效能对头部损伤风险的影响

为保护道路弱势使用群体(VRUs,含行人和二轮车骑车人)的、主被动一体化的、汽车安全性设计提供理论参考依据,该文利用高精度事故再现和事故碰撞前场景重建方法,分析了VRU事故的汽车自动紧急制动系统(AEB)的传感器探测角(FOV)及制动减速度等参数的防护效能及VRUs头部损伤风险。结果表明:FOV为30°时事故规避率为45%;当FOV增加到40°、50°和90°时,较FOV为30°事故规避率又分别增加了5%、10%和20%;在FOV为90°,减速度为0.8 g时,即碰时间(TTC)为1 s工况下,车辆平均碰撞速度降低最为明显,高达84%;AEB介入能降低VRUs与车辆前部撞击造成的损伤,但在头部落地损伤存在不确定性。

汽车碰撞安全与轻量化研发中的若干挑战性课题

汽车结构与动力电池的碰撞安全性是开发轻量化、电动化汽车的强制性要求和关键基础性支撑技术。通过3个方面的10个典型课题及研究结果,介绍并综述了汽车碰撞安全性研发的技术挑战。第一,采用夹层式汽车前舱罩盖技术,提升罩盖结构力学特性的横向均匀性以及冲击响应历程的均匀性,满足汽车吸能位移限定下的行人头部碰撞响应控制;采用精细人体有限元模型解析复杂工况下行人下肢损伤机理和影响参数,基于人体组织损伤层面的虚拟评估改进汽车结构的人体碰撞保护设计;面向复杂道路交通事故工况和多样化人体特征,解决强非线性条件下的自适应乘员智能保护系统优化设计难题,通过在时间和空间上对乘员约束载荷的均衡化实现针对工况可调的碰撞保护。第二,揭示材料冲击测试中系统共振导致信号振荡和材料屈服放大振荡的机理,开发抑制信号振荡的轻质动态力传感器;精细表征材料在碰撞载荷和复杂应力状态下的力学行为,针对高强钢、塑料、胶粘和焊点等轻质高强材料及复合连接接头建立大变形失效断裂预报方法及仿真模型。第三,基于动力电池多工况挤压试验,建立电池在外载荷作用下的材料失效、电压陡降与温度上升的响应特征关联性,提出用力学响应特征预测电池内部损伤起始和短路发生的判据,解决电池在机械滥用载荷下的短路预测问题,建立能准确预测电池变形响应的数值模型及碰撞安全评估方法,并应用于电池包和电动车的轻量化与碰撞安全性设计。

底部爆炸条件下车内乘员损伤风险仿真评估

在近年来发生的几场局部战争中,地雷及简易爆炸物造成了大量人员伤亡。为了解车辆底部爆炸条件下车内乘员的损伤特点,构建了包含乘员、车体结构及爆炸流场的仿真模型,研究了车辆乘员身体主要部位损伤风险。利用LS-DYNA的流固耦合算法求解爆炸流场与车体结构的相互作用,分析了爆炸冲击的传递路径及乘员典型运动姿态。基于人体有限元模型,以6 kg及8 kg TNT 2个爆炸当量工况为研究对象,对车辆乘员头部、脊椎、骨盆及下肢等身体部位进行损伤风险评估。仿真结果表明:对于佩戴安全带的乘员,其足踝部及胫腓骨损伤的风险最高,其次为骨盆及胸腰椎。研究结果可为车辆防护设计提供参考,从而提高乘员安全性。

底部爆炸条件下车内乘员的腹部损伤

为了解车辆发生底部爆炸时乘员腹部致伤机制及损伤风险,构建了包含乘员、车体结构和爆炸流场的有限元仿真模型,研究了6 kg TNT爆炸当量下乘员胸腹部器官的动力学响应,对比了座椅冲击、地板冲击及安全带约束作用对腹部压力的影响,并基于实质性脏器平均应变能密度和腹部血管压力变化率两个指标分析了乘员腹部损伤风险。在冲击过程中,座椅推动乘员向上运动,造成腹部扩张;当乘员与座椅分离后,安全带限制了乘员向上运动,造成腹部收缩。仿真结果表明:座椅冲击对乘员腹部压力影响最大,其次为安全带约束作用;在本文模型中,乘员腹部血管压力变化率峰值为2.1 kPa/ms,腹部脏器发生损伤的风险较低。本文研究结果可为车辆防护设计提供参考。

优秀班集体建设机制分析与实践

清华大学在班集体建设中,坚持倡导一条重要经验,关注两个关键时期,加强三支队伍建设,统筹四位一体目标,形成了自己的模式。