基于决策树模型的电动自行车与SUV碰撞中骑车人头部响应

为提高对电动自行车(E-bike)骑车人头部的防护,利用运动型多功能车(SUV)与电动自行车碰撞的多刚体模型,调整相关参数开展仿真分析,获得不同工况下骑车人头部运动学响应。利用C4.5决策树算法挖掘仿真结果,建立骑车人头部运动学响应决策树模型。分析显示:影响骑车人头部响应的关键因素SUV碰撞初始速度越高,骑车人头部碰撞相对速度、碰撞点包绕距离(WAD)及损伤风险(HIC15)均增大;骑车人体型则对头部碰撞点WAD影响最为显著,体型越大,头部碰撞点WAD越高。因而,本决策树模型还具有预测和决策功能,可用于制定头部安全评估法规性实验及头部防护研究。

乘用车前端结构几何参数对行人头部动力学响应和损伤风险的影响

通过深入的事故数据分析,研究行人在与不同类型乘用车碰撞中的AIS 3+伤亡风险,采用仿真分析研究乘用车前部结构对行人损伤和致伤因素的影响。以市场上的128款乘用车作为样本,比较了轿车、运动型多功能车和微型厢式车前部结构的主要几何尺寸;基于详尽的行人事故数据,统计分析了各类乘用车-行人事故中的损伤分布和严重性,确定了车辆碰撞速度与行人伤亡风险的关系;利用多体动力学模型,分别在20、40和60km/h的碰撞速度下比较了不同车型的行人头部碰撞条件。结果表明:乘用车前部几何形状对行人头部动力学响应和损伤风险都有显著影响。研究结果可为不同类型乘用车更好地制定行人保护措施提供一定的理论依据。

颅脑组织材料参数对儿童头部冲击响应的影响

目的针对目前对儿童颅脑组织材料参数的不确定性,研究直接冲击载荷条件下颅脑组织材料参数对儿童头部冲击响应的影响。方法应用已验证的3岁儿童头部有限元模型进行冲击仿真实验,采用正交实验设计和方差分析对儿童颅脑组织材料进行参数分析。结果颅骨弹性模量对儿童头部冲击响应具有显著性影响,随着颅骨弹性模量的增加,头部撞击侧颅内压力显著减小(P=0.000),对撞侧颅内压力显著增大(P=0.000),颅骨最大Von Mises应力显著增大(P=0.000)。脑组织的线性黏弹性材料参数对儿童头部冲击响应同样具有显著性影响,随着脑组织短效剪切模量的增加,脑组织最大主应变显著减小(P=0.000),脑组织最大剪应力则显著增加(P=0.000)。结论参数分析结果可为今后儿童头部有限元模型的材料选取提供参考依据,进而提升模型在预测临床上无法通过脑CT影像确诊的脑震荡等脑损伤时的准确性。

基于CART决策树的车辆与行人碰撞中头部损伤风险预测

为快速预测汽车碰撞行人头部损伤风险,建立了一种基于多刚体系统动力学仿真方法和分类回归决策树(CART)的预测模型。参考欧洲新车评价规程(Euro-NCAP),开发了具有精细化刚度特征的车辆前部结构多体模型;以行人尺寸、初始车辆速度和行人速度、人车碰撞位置、相对角度为变量,通过全因子设计试验方法,建立了4500组多体仿真模型;采用CART模型,挖掘变量与动力学响应参数的关联性。结果表明:车辆初始碰撞速度是影响行人头部动力学响应的关键因素;该模型对于碰撞速度和头部损伤准则(HIC15)值的预测精度分别为87.5%和86.8%,平均预测耗时为42.7ms,两者均具有较高的预测精度和决策能力。该结果可为制定行人头部损伤风险评估实验和损伤防护研究提供理论参考依据。

水平振动下人-椅界面压力分布与振动特性研究

针对水平振动下坐姿人体舒适性问题,对其人-椅系统界面的动态压力分布与人-椅系统的振动特性的相关性进行研究,开展水平振动下坐姿人体舒适性研究。利用电动振动台产生正弦白噪声信号,Tekscan压力采集设备采集动态压力,采用ENS(靠背不支撑后背)与EBS(靠背支撑后背)两种坐姿,对汽车座椅进行水平振动实验,得到坐姿人体纵向压力分布图与坐姿人体响应传递函数曲线。通过计算平均压强、标准化平均压力与坐姿人体响应传递率,最终得出水平振动下坐姿人体背部动态压力对5Hz最为敏感,背部响应传递率在4Hz时达到峰值,7Hz时趋于平缓;臀部与大腿动态压力分别对3Hz与9Hz最为敏感;头部响应传递率在3Hz时达到峰值,6Hz时趋于平缓。为汽车座椅设计提供一定理论基础。

几何尺寸和材料特性对头部转动特性的影响

本研究为了探讨头部尺寸及脑组织材料参数对头部转动响应的影响,采用实验设计的方法,应用已验证的3岁、6岁儿童和第50百分位成人头部有限元模型进行转动仿真。研究结果表明:在相同的转动载荷条件下,头部尺寸及转动方向对头部转动响应不具有显著影响,脑组织黏弹性材料的各个参数对头部转动响应的影响也不显著,但相对于衰减常数和体积模量,头部转动响应对脑组织剪切模量最为敏感。所以,在研究转动载荷条件下的脑损伤标准时,脑组织材料参数的选取对仿真结果的准确性尤为重要。