列车碰撞安全试验用假人的研究

针对列车碰撞场景与汽车碰撞场景中乘员损伤情况的不同,文章在传统的汽车正面碰撞试验假人(HybridⅢ-50th假人)基础上,参考人体乘员约束测试装置(THOR)假人结构,研制了可调角度的腰椎和立姿臀部模块;并重点研究了上腹部和下腹部生物力学响应特性,制作出可坐可站的列车碰撞安全试验用假人(H3-RS假人),使其既具备HybridⅢ-50th假人生物力学特性,又增加了上腹部和下腹部生物力学特性,更加符合列车碰撞安全试验需求;最后通过台车试验进行了初步验证,结果表明H3-RS假人在结构、功能和强度上基本满足试验需求。

基于假人仿真模型的冰雪运动生物力学教学实验设计

“理论力学”是力学、机械、航空航天等工科专业的核心必修课之一。然而,目前该课程的教学实验大多是原理演示或简单参数测量,不利于学生深刻理解专业知识、提升解决实际问题的综合创新能力。为解决上述难题,围绕人体运动这一典型的多刚体系统动力学问题,构建了基于假人仿真模型的自由式滑雪空中技巧运动生物力学教学实验,涵盖力学模型简化、拉格朗日方程构建、刚体惯性参数计算、动力学仿真软件应用等主要知识点和技能。该教学实验转化自“科技冬奥”重点研发计划的科研成果,具有前沿性、交叉性和综合探究性,有助于提升复合型拔尖跨学科人才的综合实践能力。

基于人—车碰撞事故重建的行人下肢动力学响应与损伤生物力学分析

为了深入研究人—车碰撞事故中行人的下肢运动响应和生物力学损伤规律,基于国家车辆事故深度调查体系中真实的交通事故案例,建立了人-车碰撞有限元模型并进行了模型有效性的验证。利用THUMS人体模型模拟了行人站立、步行、跑步3种姿态,针对车辆前部横向结构特征选取了3个碰撞位置,分析了行人下肢在碰撞位置的生物力学响应和损伤特点。结果表明:在40 km/h的碰撞初速度下,车辆前部横向结构特征对行人左、右腿的运动响应和损伤有较大影响;行人股骨高风险区域为股骨头和股骨骨干,其最大应力值达到124.9 MPa,而胫骨高风险区域为胫骨骨干,其最大应力值达到157.2 MPa;行人左腿膝关节最大横向弯曲角37.1°,最大剪切位移12.5 mm,其损伤风险相对于右腿膝关节更高;在车灯碰撞区,行人下肢受到的损伤比车辆其他碰撞区的损伤更低。

胸腹部有限元模型的建立及碰撞生物力学分析

汽车碰撞会对人体各个部位造成损伤,尤其是胸部和腹部。基于中国50百分位成年男性尺寸,本文建立了胸腹部汽车碰撞有限元模型,并进行了正面碰撞实验。实验结果表明,在碰撞的初期短时间内,人体组织产生很大的应力和应变,这将导致肋骨骨折、脏器破裂、软组织挫伤等损害。因此,可根据碰撞过程中人体组织的应力应变曲线、应力集中部位等对人体进行针对性的防护,减轻碰撞对人体组织造成的损伤,有效提高碰撞安全性。

浅谈汽车碰撞生物力学

文章介绍了汽车被动安全性和汽车碰撞生物力学的概念及其研究内容,包括正面碰撞中人体的伤害机理、人体各部位的伤害指标及耐受极限,并对汽车碰撞生物力学的研究方法做了阐述。

直升机防坠毁试验假人的研制与标定

利用人体参数的静态设计和生物力学参数的动态设计完成的直升机防坠毁试验假人具有中国人的人体参数,达到了形态的相似性,生物力学的仿真性和结构的等效性。对研制的假人进行了标定,标定的结果证明了我们研制的假人在主要指标方面已达到国外同类试验用假人的要求。

典型月地返回再入卧姿假人加速度动态响应研究

目的探讨典型月地返回再入方式对人体加速度响应的影响,为载人深空探测再入加速度安全性评估与防护设计提供依据。方法利用HybridⅢ生物力学假人进行超重离心实验,通过大型载人离心机模拟Apollo10号、嫦娥5号T1试验器返回再入过载环境,采集假人头部、胸部及臀部的加速度动态响应数据,对比分析“联盟”座椅卧姿状态下假人身体不同部位的动力学响应规律。结果假人重要部位的动态响应与再入模式下的过载曲线变化趋势基本一致,各部位合成加速度值较为接近;+Gx为主要过载响应,+Gz加速度响应整体水平较低,头部+Gz峰值相对较高,从头部到臀部+Gz峰值依次减小。结论人体重要部位的动态响应与返回再入过载曲线保持一致,且在头部具有较高+Gz分量。在典型月地返回再入模式下,应加强乘员头部防护。

能够模拟颈部肌肉主动力的混合假人模型

构建了具有颈部肌肉精确几何结构和主被动响应的混合假人有限元(FE)模型,以便研究前碰撞形式下,肌肉作用下的颈部损伤机理,这对于汽车乘员保护安全性设计很重要。用已建立并验证的50百分位男性有限元头颈部生物力学模型,来替换50百分位男性HybridⅢ假人原有头颈部;采用美国海军生物力学实验室15g前碰撞志愿者台车实验数据,对该模型进行验证。结果表明:模型输出的头部质心线加速度、角加速度、头部转动角度、以及颈部转动角度,均能较好地拟合实验通道曲线。因此,该模型可用于车辆交通事故中人体头颈部损伤生物力学研究。

躺姿半弹道式再入假人动态响应研究

为了探索躺姿半弹道式再入时的人体动态响应,模拟Apollo10返回再入过载环境,采集Hybrid III生物力学假人头部、胸部及臀部的加速度动态响应数据,对比分析阿波罗再入躺姿状态下假人不同部位的动力学响应规律。结果显示假人重要部位的动态响应与再入模式下的过载曲线变化趋势基本一致,各部位合成加速度值较为接近。+Gx为主要过载响应,且胸部响应过载值较大,应加强乘员胸背向加速度防护。该实验研究为载人深空探测工程实践提供了数据基础,并给出明确的工程指导意见,为载入加速度耐限制定及安全防护设计提供指导。

实体测试假人在游乐设施检测中的应用前景

针对传统游乐设施测试方法无法获取乘坐过程中的乘客受力、加速度和挤压变形等问题,开展了实体测试假人在游乐设施检测中的应用前景预研工作。本文充分调研了实体测试假人发展历程,分析了游乐设施测试假人应用现状,指出了传统游乐设施测试假人存在的问题,进行了实体测试假人在游乐设施测试中的应用探索。最后,对游乐设施测试假人开发提出了几点建议。

卧姿半弹道式再入过载假人动态响应研究

为了探索卧姿半弹道式再入时的人体动态响应,通过载人离心机模拟飞船半弹道式返回再入大气层过载曲线,对比分析卧姿状态下HybridIII生物力学假人头部、胸部及腰部的动力学响应。结果显示假人各部位胸–背向响应占优势。头部、胸部、腰部沿胸–背向的加速度由低到高,增长幅度较小;而沿头–盆向是由高到低,差异性明显,头部最高,胸部和腰部加速度较为接近。该实验研究为载人深空探测工程实践提供了数据基础,为载入加速度耐限制定及安全防护设计提供指导。

电动自行车与轿车碰撞中骑车人的伤害特征

根据电动自行车与轿车碰撞事故调查结果,对骑车人碰撞伤害特点和伤害原因进行了研究。在仿真计算中选用THUMS生物力学假人代表骑车人,并与真实交通事故数据进行对比,证实了本文方法的可靠性。通过对电动自行车与轿车碰撞中骑车人伤害情况的仿真分析可知,电动自行车与轿车碰撞中骑车人下肢发生严重伤害的概率远大于其他部位,在新车开发中优化发动机罩前缘的造型和结构设计能够降低骑车人下肢的伤害概率。本研究结果可为车辆安全法规制定和新车安全性能开发提供参考。

汽车儿童安全保护的欧美法规对比及未来研究方向

美国联邦机动车安全标准(FMVSS)和213法规和欧洲经济委员会(ECE)的R44法规是国际上被普遍采用的儿童乘车安全保护法规。该文对比了ECER44和FMVSS213,并参照了相关文献。分析结果表明:ECER44在试验工况、儿童损伤指标评价、儿童座椅固定方式等方面要优于FMVSS213;在儿童假人的使用方面FMVSS213要优于ECER44。因此,中国在制定机动车儿童乘员法规时,建议以ECER44法规为主,并加入FMVSS213的优势部分;儿童安全保护的研究方向是:儿童损伤生物力学,儿童假人的改进,儿童安全带位置及假人姿态的控制。

登月返回再入人体卧姿和躺姿超重动态响应实验研究

针对载人探月飞船半弹道式再入时人体姿态对动态响应影响明显,通过载人离心机模拟飞船半弹道式返回再入大气层过载曲线,对比分析躺姿和卧姿状态下之五十百分位HybirdⅢ生物力学假人头部、胸部及臀部力学响应的差异。结果发现:2种姿态下假人的头部、胸部、臀部合加速度响应与输入基本一致,且以胸背向响应为主;卧姿状态下头部响应的+Gz分量较高,且从头部至臀部依次降低;躺姿状态下头盆向载荷的传递可以忽略不计。研究结果可为加速度防护人体姿态设置提供依据。

挥鞭伤性能验证噪声分析

随着C-NCAP在国内的实施,座椅设计方案防挥鞭伤性能的验证方法研究变得越来越重要。为了达到客户的性能要求,座椅供应商开展了大量仿真分析和台车物理试验,用于验证产品的实际性能。仿真分析比较准确地预估座椅防挥鞭伤性能,但是防挥鞭伤性能有众多影响因子,且试验过程存在众多噪声干扰试验结果。研究常见噪声可能对结果产生的影响,可以帮助工程设计人员准确定义设计目标。依次分析三大类噪声因子,通过实际开发项目中积累的研究数据,帮助工程设计人员正确认识噪声因素。