对头部损伤判断准则适用性和可用性的新探索

头部损伤判断准则(Headinjury criterion,HIC)是目前较为广泛被接受的、用来衡量头部在外来载荷下安全性的一种损伤判断准则。它被应用于各国的汽车安全法规中,也是头部损伤防护装置(如头盔)设计的参考标准。然而对它的适用性和可用性也存在着不少的争议。本研究应用人类头部有限元的计算模型,通过分析两个不同大小、不同质量的头部模型在三种不同载荷下所产生的脑组织的应力和相应引出的"头部损伤判断准则"的计算值,识别影响"头部损伤判断准则"的适用性和可用性的因素,为如何更科学地评判头部受载安全性提供新的见解和结论。

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。

基于有限元模型的人体头部尺寸对颅内响应影响的探讨

本研究借助第5和第95百分位中国人头部有限元模型,通过对比小尺寸头部和大尺寸头部在相同载荷下的加速度、颅内压力和剪应力,来说明头部尺寸对其生物力学响应存在着较大的影响。在此基础上,本研究还进一步通过将大尺寸模型换算到小尺寸,将小尺寸模型换算到大尺寸,探讨了尺寸缩放方法在用于考虑头部尺寸的生物力学研究中的合理性。研究结果表明现有的采用相同头部损伤准则(HIC)值评估不同尺寸头部损伤有一定的局限性,并为更加科学地评判不同尺寸头部损伤提供了新的理论依据。