基于正面碰撞实验的胸部损伤有限元分析

安全带的逐步使用极大地提高了车内乘员的安全性,但最近的交通事故研究表明,在正面碰撞工况下,乘员胸部损伤的防护效率还需要进一步提升.利用已验证生物逼真度的人体有限元模型和PMHS(post mortem human subjects)实验结果,建立配有安全带的乘员有限元分析模型,研究在不同碰撞工况下安全带定位设计参数对胸部变形量和肋骨应力应变响应等损伤相关物理参数的影响,并提出在安全设计中为改进防护效率,有效减少胸部损伤风险的一种虚拟试验方法.参考PMHS实验,基于全球人体有限元模型建立了一个基准佩带有限元人体模型,结合实验中测试的运动学响应、安全带的拉伸力和胸部变形量指标验证其生物逼真度.通过参数分析研究正面碰撞中安全带高度位置、安全带角度和碰撞速度对乘员胸部损伤的影响.结果表明胸廓应力应变分布及胸部变形量对安全带的高度位置更加敏感,基于安全带设计参数变化预测的胸部变形量宏观指标和应力应变的微观指标的变化趋势一致.对乘员安全带相关的胸部损伤研究提供虚拟设计分析方法,相关胸部损伤机理的研究结果可为今后约束系统的优化设计提供参考.

肺部电阻抗成像电极阵列优化方法研究

肺部电阻抗层析成像(EIT)电极阵列的设计是影响系统性能与成像效果的关键因素之一,目前多在规则形状物场、等间距分布的前提条件下对电极阵列进行优化,却并不适用于肺部不规则边界的情况。本文提出基于深度学习的肺部电阻抗层析成像电极阵列优化方法,以电极位置为优化目标,以重建图像相对误差、图像相关系数、敏感场分布的均匀性以及敏感场Hessian矩阵的条件数为网络输入,以阵列电极位置为网络输出,基于DNN网络构建优化模型。实验结果表明,在呼气末和吸气末两种状态下,与传统的电极阵列均匀分布方法相比,基于深度学习的肺部EIT电极阵列优化方法将重建图像相关系数(image correlation coefficient,ICC)分别提高了33.17%、33.86%,结构相似度(structural similarity,SSIM)分别提高了14.5%、14.39%,峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)分别提高了26.3%、28.27%。因此可以得出结论,与传统方法相比基于深度学习的EIT电极阵列优化方法更适用于肺部EIT成像。

挺胸驼背体态可调节人台的设计与研究

基于挺胸驼背体态的形态特征设计并制作了一款能模拟特殊体型的可调节人台。依据标准男体人台的点云数据,应用Geomagic Studio软件进行逆向建模,在该模型上实现面板设计,使用步进电动机作为驱动装置设计内部机械结构,采用逆向建模技术和机电一体化技术设计并制作出体态可调节人台。结果显示,该人台能够进行调节,达到与实验对象相似的外观形态,具有良好的仿真精度,实现了对特殊体型的模拟。该人台可以应用于服装个性化定制,为全方位可调节人台的发展提供理论基础和技术支撑。

正碰下6岁儿童乘员的胸部运动学方程与损伤风险分析

为厘清正面碰撞中6岁儿童乘员胸部损伤机理,基于ECE R129法规,选取某款儿童约束系统(CRS),对比Hybrid Ⅲ 6YO假人模型与THUMS 6YO人体有限元模型在正面碰撞中的运动学响应与损伤指标的差异;用Hybrid Ⅲ 6YO假人模型,建立胸部动力学方程,分析正碰中内外力对胸部加速度的影响;对THUMS 6YO人体有限元模型的肋骨、心脏和肺部的应变进行分析,得出儿童乘员的胸部损伤风险。结果表明:Hybrid Ⅲ 6YO假人模型所受到的颈部力与安全的肩带力对胸部加速度的影响较大。THUMS 6YO人体有限元模型的胸部质心合成加速度52.1g,Hybrid Ⅲ 6YO假人模型的加速度38.8g,两者均低于法规规定的参考数值。

特殊体态人体肩背部变化规律

针对特殊体态人群对合体服装的需求,分析特殊体态与标准体态人体的肩背部变化趋势。对17名青年男性进行三维人体扫描,根据驼背体态和挺胸体态的外形特征设计实验,模拟不同体态的肩背部变化。结果显示:肩部、胸部和背部为肩背部体态变化的主要部位,各部位的主要变化方向均为垂直于冠状面的前后方向,并以胸凸量、背凸量和肩开角作为描述体态变化的关键指标,为不同体态人群的服装制作提供数据参考。