冲击载荷下Hybrid Ⅲ假人颈部应力与应变

为研究对假人颈部软材料在冲击载荷下的动态力学响应,模拟了摆锤冲击工况和佩戴三点式安全带的Hybrid Ⅲ假人滑车正面碰撞工况。模拟中,基于验证的Hybrid Ⅲ 50百分位男子假人有限元模型,使用了非线性动态显示有限元仿真分析方法。在两种结构、两类载荷下,比较了颈部橡胶材料的局部应力和应变。结果表明:法规认证的颈部试验载荷工况比滑车碰撞工况严重。因此,为准确表征假人橡胶材料的力学行为,需要设计一种能够反映整车碰撞环境下假人颈部变形特征的材料试验;试验中,要求应变达到1.5,且应变率达到50 s-1;其应力状态包括单向拉伸/压缩、纯剪切、双向拉伸/压缩,以及体积压缩。

加载位置对Hybrid Ⅲ假人胸部响应影响

在世界各国汽车安全碰撞法规和NCAP试验中,大多都会采用HybridⅢ假人的胸部最大压缩量来评估车辆对乘员胸部的防护效果。但因HybridⅢ假人的胸部最大压缩量采用定点测量办法,使测量结果易受加载位置的影响。针对该问题,本文通过假人胸部低速冲击标定试验,研究了加载位置对HybridⅢ假人胸部压缩量的影响。结果表明,Hybrid Ⅲ50~(th)男性假人的最大胸部压缩变形与摆锤撞击中心在Z方向的偏移量呈线性(R~2=0.9554)负相关性。Hybrid Ⅲ 5~(th)女性假人由于乳房的影响,虽然加载位置对胸部最大压缩变形仍然有较大的影响,但胸部最大压缩变形与冲击加载位置的相关性不如男性假人那么明显。最后利用标定试验中获得的Hybrid Ⅲ 5~(th)男性假人的最大胸部压缩变形与摆锤撞击中心位置的相关性方程对同一车型的两个不同安全带佩戴位置的假人胸部最大压缩变形进行了修正。

冲击试验用HybridⅢ假人内置式数据采集器的设计

介绍一种安装于假人体内的多通道采集器的设计实现。采集器拥有16个采集通道,采用CAN总线通讯。使用这种采集器,假人无须拖线测量,减少了试验中断线的可能,提高了测量的可靠性。

温度变化对HⅢ-50%假人胸部位移的影响

为了研究温度对HⅢ-50%胸部位移的影响,在不同温度下,分别进行了2组假人胸部标定及实车碰撞对比试验。试验结果显示,假人在环境温度下存储较长时间(5 h)后,胸腔温度才和肋骨的真实温度接近。温度变化可以改变假人胸部刚度,导致胸部位移的变化。假人胸部刚度自身存在差异,温度对每个假人胸部位移变化量的影响也不同,每变化1℃对胸部位移产生的影响在1.15 mm左右。胸部刚度的稳定性导致胸部位移产生的偏差占50%左右。因此,在碰撞试验中,应该全流程严格控制环境温度以满足法规要求。假人胸部位移数据产生偏差时,应考虑假人胸部刚度稳定性和温度两个因素。

离位工况下侧面气囊展开对Hybrid Ⅲ 3儿童假人损伤的研究

为减少侧面碰撞中乘员的伤害,侧面气囊越来越普及到汽车的安全系统当中,但侧面气囊的展开会对离位工况的乘员造成伤害。研究了在离位工况下侧面气囊的展开对乘员的伤害,并制定了相关的测试要求。根据该要求,对Hybrid Ⅲ 3儿童假人进行了4种离位工况的侧面气囊展开试验和评价。根据试验结果,对4种工况下Hybrid Ⅲ 3岁儿童假人的参考损伤值进行了分析。结果表明:Hybrid Ⅲ 3儿童假人前朝向坐姿头部受到SAB和和CAB的共同作用,造成其HIC值在4种工况中最高;平躺座椅工况中颈部受到SAB的作用,N_(ij)值达到最大;头部靠近扶手的工况中颈部的拉伸力最大;后朝向试验工况中假人未受到其他相关约束,在CAB和SAB展开作用于假人的胸部时,假人会沿着展开的方向运动,但对胸部伤害不明显。研究结果为优化试验次数提供参考,从而实现减少开发成本和缩短开发周期。

HybirdⅢ假人模型与CHUBM人体生物力学模型的正碰损伤对比

首先,采用HybirdⅢ假人和CHUBM人体模型搭建了50 km/h速度下正面100%刚性壁障虚拟碰撞仿真平台。然后,建立了HybirdⅢ假人座椅在A位置与CHUBM人体座椅分别在A和B位置的整车碰撞有限元模型,并对3种情况下驾驶员的头部、胸部及大腿损伤进行了对比分析。结果显示:座椅A位置的HybirdⅢ假人和座椅B位置的CHUBM人体动态响应具有较好的一致性,不同座椅位置下的CHUBM人体的头部、胸部损伤均比HybirdⅢ假人的高;CHUBM人体在座椅A位置的损伤比B位置的要高,同时肋骨发生了骨折现象。研究结果表明:CHUBM人体模型具有更加真实的人体解剖和仿生逼真度,对汽车约束系统的安全性评价要求更高,可为汽车安全性设计提供相应参考。

混Ⅲ碰撞假人有限元模型的改进及应用

混Ⅲ标准假人的髋部模块设计成一体式的坐姿结构。虽然髋关节用于连接股骨和盆骨,一体式的髋部皮肤却限制了髋关节的转动,不能像真实人体一样被正确地约束在后倾座椅中。对现有混Ⅲ 5百分位标准假人有限元模型的髋部结构进行修改。改进后的假人模型能消除一体式皮肤对髋关节旋转角度的约束,通过台车正面碰撞试验对改进后的假人模型的有效性进行验证,结果表明改进后的假人的髋部结构具有更高的人体仿真度,更适用于后倾座椅中的下潜问题的分析。用改进假人模型进行后倾座椅工况下的下潜问题有限元仿真分析,结果表明,防下潜挡杆和安全带单向锁止器的配合使用可有效防止乘员在座椅靠背后倾工况下发生下潜,同时进行台车碰撞试验验证了此防下潜方案的有效性。

HybridⅢ50百分位假人胸部低速撞击标定研究

对Euro NCAP新的HybridⅢ50百分位假人胸部低速撞击标定程序进行了理论分析,比较了其与现行高速撞击标定程序的异同。然后通过胸部撞击标定试验对其影响因素进行分析,并结合我国实际情况讨论了符合我国国情的胸部低速撞击标定程序。

混Ⅲ5百分位女性假人胸部标定影响因素分析

对混Ⅲ5百分位女性假人胸部进行了标定实验,探讨了标定时间间隔、摆锤冲击速度、环境温度和盆骨螺栓松紧度对混Ⅲ5百分位女性假人胸部标定结果的影响。结果表明,标定时间间隔、摆锤冲击速度和环境温度对混Ⅲ5百分位女性假人胸部标定结果的影响明显,而当盆骨螺栓预紧力矩大于4N·m时,其松紧度对假人胸部标定实验结果的影响很小。因此,对同一假人胸部进行标定实验的时间间隔应不短于60min,同时应严格控制摆锤冲击速度和环境温度。

混合Ⅲ型50百分位假人头部有限元模型建模与对比研究

针对已公开的HybridⅢ第50百分位假人头部有限元模型过于简陋和网格尺寸过大的问题,建立了5种不同网格尺寸的HybridⅢ50百分位假人头部有限元模型。通过模型有效性验证发现,当网格尺寸大于10mm时由于沙漏能过大而导致模型仿真失效;等于4mm时模型接近于可能仿真失效;小到2mm时模型沙漏能得到了较好的控制且整个头部模型有很好的细节表现。具有该网格尺寸的头部模型较适用于头部接触碰撞的仿真,且可用来建立整体碰撞假人模型。在对头部皮肤与头盖骨之间接触特性的研究中发现,定义了头部皮肤与头盖骨之间的接触使仿真H IC值非常接近于试验值,消除了未定义接触时产生的约20%的误差。

Hybrid Ⅲ-50th-RS假人上腹部冲击试验探究

列车碰撞事故中,人体腹部是一个比较容易受到严重损伤的部位之一,为开发设计出适用于列车碰撞试验所用假人——Hybrid Ⅲ-50th-RS假人的腹部,开展针对假人上腹部的冲击试验探究。Hybrid Ⅲ-50th-RS假人上腹部的研究主要是参考THOR-NT假人上腹部冲击试验标准,结合国外Hybrid Ⅲ-50th-RS上腹部标定方法进行的试验探索。利用假人生产制作的常用材料,研究假人上腹部多层泡沫材料的组合方案、假人坐姿、压力分配板与腹袋是否连接、是否穿胸部皮肤以及假人上腹部的结构等对假人上腹部标定的影响及其响应特性。通过对试验数据进行分析,总结Hybrid Ⅲ-50th-RS假人上腹部冲击标定的影响因素及试验规律。根据所参考的THOR-NT假人上腹部冲击试验生物力学响应标准,确定符合试验要求的Hybrid Ⅲ-50th-RS假人上腹部的材料组合及其结构方案。研究结果表明:进行Hybrid Ⅲ-50th-RS假人上腹部冲击试验时,假人配有胸部皮肤,保持上腹部水平,压力分配板与腹袋保持连接更符合试验要求。采用后层2块丁晴橡胶板+中层三元乙丙泡沫+前层聚氨酯泡沫的“四层式”腹部结构和“前软中软”的材料搭配方案,具有较好的生物力学响应特性,适合用做列车碰撞试验假人上腹部。

基于MADYMO的前碰撞混合Ⅲ型假人胸部压缩量损伤分析

用MADYMO分析工具建立了简化的混合Ⅲ型假人胸部模型,探讨了胸部压缩量的影响因素并划分了胸部碰撞的敏感区域。整车的约束系统分析进一步明确了安全带佩戴位置对胸部压缩量的具体影响。

FAA混Ⅲ与混Ⅱ型假人动态冲击响应特性分析

旨在比较FAA混Ⅲ与混II型50th分位男性假人在动态冲击下的动力学响应。首先,基于试验数据,对比分析了两种物理假人头部、腰椎及安全带的动力学响应;其次,建立FAA混Ⅲ型多刚体假人动态冲击模型并验证了其建模方法的有效性。最后,基于FAA混Ⅲ型多刚体假人0°冲击模型,分析了安全带角度对假人关键部位X向峰值位移和安全带峰值载荷响应的影响。结果表明:在0°、60°冲击下,除了头部重心加速度外两种物理假人的其他部位的各响应项差异性在9%之内,在航空座椅适航取证时,使用FAA混Ⅲ型假人评估乘员头部损伤情况更为严酷,在这两种适航验证工况下,数值模型总体上可以反映物理假人身体关键部位、安全带和椅盆的响应;在0°冲击下,随着安全带仰角和张角的增大,安全带峰值载荷和假人整体X向峰值位移线性增大。

基于假人标定试验的Hybrid Ⅲ 50^th假人重复性及再现性研究

本文对Hybrid Ⅲ 50^th假人的标定结果的重复性及再现性分析。根据假人标定试验程序,选取三个Hybrid Ⅲ 50^th假人分别进行三次标定试验,根据标定试验获得的响应数据数据进行分析,对Hybrid Ⅲ 50^th假人的重复性和再现性进行分析。以标定试验获得的响应数据作分析的基础,确定分析方法,以数据的幅值和响应时间为关键分析点,计算标准差和变异系数CV(%)的方法,评估了Hybrid Ⅲ 50^th假人在高性能测试试验中的重复性和再现性,结果表明Hybrid Ⅲ 50^th假人重复性和再现性较好。

基于MPDB前排乘员调节的Thor与Hybrid-Ⅲ50%假人姿态差异对比

欧洲CNCAP确定2020年更改正面碰撞用假人,把目前广泛使用的Hybrid Ⅲ50%假人更改为50%的Thor假人。Thor假人更接近真人的损伤机理,在未来的正面碰撞中,使用Thor假人是一种趋势。本文基于Euro-NCAP中的移动可变形壁障偏置碰撞试验(简称MPDB)试验工况条件下,对比了Thor假人与Hybrid-Ⅲ50%假人的头部、颈部、骨盆以及膝盖等部位的坐标,从而对比Thor假人与Hybrid-Ⅲ50%假人的姿态。通过Thor假人与Hybrid-Ⅲ50%假人空间位置的对比,为试验工程师做整车碰撞试验提供了参考依据。

Hybrid Ⅲ 50 th假人胸部标定试验影响因素的研究

假人标定是对碰撞假人性能指标进行检验的程序,假人胸部标定是该程序的重要组成部分,对假人采集的车辆碰撞试验数据的正确性起着重要作用。为提高假人胸部标定结果的正确性,文章选取标定时间间隔、肋骨温度、摆锤撞击速度和打击点横向偏移为影响因素,运用控制变量法对混合三型50百分位假人进行胸部标定试验,研究各因素对胸部标定结果的影响。试验结果表明标定时间间隔的主要作用是保证试验结果的重复性,间隔的加大有利于连续试验。肋骨温度影响着胸部整体刚度,温度的升高会导致刚度减小。摆锤撞击速度影响撞击能量,标定结果有随撞击速度的提高而增大的趋势。打击点横向偏移会导致胸部最大反作用力的增大,以及胸部峰值压缩量和迟滞率的减小。

Hybrid Ⅲ 50th假人胸部标定试验的校准方法

本文依据标准要求,对Hybrid Ⅲ 50th假人胸部结构的标定试验进行研究,确定对试验结果影响的因素,探讨其不确定度的评价方式。

HybridⅢ-50th假人颈部标定试验的影响因素研究

假人标定试验的目的是检验其是否满足性能要求,直接决定了汽车碰撞试验结果的准确性。为提高假人颈部标定试验的效率,文章从摆锤的撞击速度、蜂窝铝的数量2个方面入手,采用控制变量法设计了7组HybridⅢ-50th假人颈部标定试验,分析其对颈部标定结果的影响。结果表明:摆锤的撞击速度对D平面的最大转角和枕骨处最大力矩影响显著;蜂窝铝的数量对枕骨处的最大力矩影响显著;二者皆对摆锤的减速度有一定影响。

非致命动能弹钝性冲击假人胸部的数值模拟

为验证应用Hybrid Ⅲ假人开展非致命动能弹钝性冲击损伤的有效性,揭示动能弹钝性冲击与汽车安全领域大质量低速冲击的不同,采用数值模拟的方法研究了非致命动能弹和大质量冲击物钝性冲击Hybrid Ⅲ 50假人胸部的动态过程,并基于粘性标准对非致命动能弹胸部损伤风险进行了数值评估。结果表明:Hybrid Ⅲ假人在非致命动能弹钝性冲击下的胸部压缩量和粘性指数最大值均在尸体实验的验证区间内,是一种有效的损伤评估替代物;在同等初始能量下,非致命动能弹钝性冲击时程更短、冲击力峰值更大、能量衰减速度更快,会造成胸部局部动能和内能的快速转换,从而形成局部表面伤,创伤面大于弹体横截面,且在肋骨前侧拐角处首先出现应力集中,容易造成断裂;而大质量低速冲击时的冲击物动能大部分转化为胸部内能,损伤伤情以胸内骨折和脏器损伤为主。质量为30 g的L5型棍弹速度超过74.6 m/s时,造成胸骨或两根以上肋骨骨折的概率超过50%。

汽车正碰试验假人头部与颈部标定试验研究

假人参数在碰撞试验中对碰撞模拟结果有显著影响,分别对汽车正面碰撞实验应用的HybridⅢ男性假人头部与颈部标定试验要求、步骤等及实验结果的分析方法进行了详细介绍,并通过具体试验对某HybridⅢ做了头部与颈部的标定。