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多尺度模拟法研究腔体结构麻纤维增强树脂基复合材料拉伸模量

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复合材料学报 2024年

作者：夏凡何莉萍陈大川湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室湖南大学机械与运载工程学院湖南大学土木工程学院

本研究针对现有植物麻纤维增强复合材料弹性模量预测模型中，未能充分考虑麻纤维独特的腔体微观结构特征，难以准确获取真实纤维特征参数并预测麻纤维增强复合材料弹性模量的现状，综合混合定律和Micro-CT技术，提出了基于麻纤维腔体结... 详细信息

本研究针对现有植物麻纤维增强复合材料弹性模量预测模型中，未能充分考虑麻纤维独特的腔体微观结构特征，难以准确获取真实纤维特征参数并预测麻纤维增强复合材料弹性模量的现状，综合混合定律和Micro-CT技术，提出了基于麻纤维腔体结构特征的麻纤维等效模型及其弹性模量计算公式。在此基础上，采用多尺度模拟法构建基于腔体结构的苎麻纤维增强树脂基复合材料（RFPC）的代表性体积元（RVE）模型并求解了RFPC的拉伸模量。并通过RFPC拉伸实验测试结果验证了RVE模型的有效性。另一方面，本文采用正交试验设计和方差分析探讨了纤维含量、纤维空腔占比、纤维取向和纤维长径比4个参数对RFPC拉伸弹性模量的影响权重，从而明确了纤维含量和纤维取向是影响复合材料拉伸弹性模量的主要因素。运用多项式拟合法获得了以上述4个参数为自变量的麻纤维增强树脂基复合材料拉伸弹性模量预测公式，并系统揭示了影响RFPC拉伸模量的参数主效应和参数两两之间的协同效应规律。本研究提出的基于腔体结构的植物麻纤维增强树脂基复合材料弹性模量预测方法，可望为麻纤维增强树脂基一大类复合材料的拉伸性能调控提供新方法。

关键词：腔体结构麻纤维树脂基复合材料正交试验设计拉伸模量预测

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人体骨骼生物力学测试研究综述

汽车工程学报 2024年第3期14卷 433-454页

作者：张冠军马巾慧李昊刘煜湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室长沙410082 中国汽车工程研究院股份有限公司重庆401122

骨骼是由矿物质和胶原蛋白等成分构成的多尺度层级结构,其在生理载荷作用下的自适应特性造就了骨骼复杂的非均匀性、各项异性等特性。为适应机械、生物力学、医学、航空航天、法医等多领域中骨骼生物力学特性的表征,需要利用多种不同的... 详细信息

骨骼是由矿物质和胶原蛋白等成分构成的多尺度层级结构,其在生理载荷作用下的自适应特性造就了骨骼复杂的非均匀性、各项异性等特性。为适应机械、生物力学、医学、航空航天、法医等多领域中骨骼生物力学特性的表征,需要利用多种不同的材料力学测试方法,准确地获取骨骼的材料本构参数。全面介绍了骨骼试样的保存、制备、测试及材料本构参数识别方法,分析了各种力学测试方法的特点及其对骨骼试样的要求。还介绍了新测试技术在骨骼力学特性表征方面的应用,基于三点弯曲测试方法提出了一套人体骨骼的材料参数获取流程。可为骨骼生物力学特性的系统表征提供理论和方法参考。

关键词：人体骨骼力学测试生物力学材料参数

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脑组织生物力学试验方法及力学特性综述

汽车工程师 2024年

作者：姜叶洁王淑婧马巾慧张冠军广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室

为深入了解脑组织生物力学特性、生物力学试验方法和脑部损伤生物力学的研究现状，基于国内外学者对脑组织的生物力学研究成果，针对脑组织材料力学试验方法及生物力学特性的分析进行综述，并归纳现有文献的头部有限元模型中用于模拟脑... 详细信息

为深入了解脑组织生物力学特性、生物力学试验方法和脑部损伤生物力学的研究现状，基于国内外学者对脑组织的生物力学研究成果，针对脑组织材料力学试验方法及生物力学特性的分析进行综述，并归纳现有文献的头部有限元模型中用于模拟脑组织的本构模型及材料属性，为脑组织损伤的有限元建模提供参考，并为研究脑组织的损伤机理和损伤预测提供依据。

关键词：脑组织生物力学试验生物力学特性力学本构模型

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智能汽车人机协同决策关键技术综述

中国公路学报 2024年第3期37卷 98-116页

作者：胡满江杨智元李洋陈晓龙徐彪黄春湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室湖南长沙410082 湖南大学无锡智能控制研究院江苏无锡214115

智能汽车人机协同决策是指驾驶人与驾驶自动化系统之间进行信息共享、交互和协同决策的过程,其对于提升智能汽车的安全性、舒适性和通行效率具有重要意义。针对人机协同决策技术在当下文献研究中碎片化且缺乏相关综述研究的现状,介绍了... 详细信息

智能汽车人机协同决策是指驾驶人与驾驶自动化系统之间进行信息共享、交互和协同决策的过程,其对于提升智能汽车的安全性、舒适性和通行效率具有重要意义。针对人机协同决策技术在当下文献研究中碎片化且缺乏相关综述研究的现状,介绍了智能汽车人机协同决策技术的研究现状及未来的发展趋势。首先,基于对人机协同驾驶领域研究现状的梳理,从驾驶权限和人机交互2个维度对人机协同决策方法进行分类,前者包含以人为主、人机驾驶权限切换和以机为主的3种决策方式,后者包含人机直接交互和人机间接交互2种决策形式。进一步根据智驾系统中人机协同决策的层级差异,将人机协同决策技术分为人机协同行为决策、人机协同运动规划两大关键技术。前者可分为仲裁驾驶权限、协调驾驶意图和人类在环学习3类,后者可分为人机协同的路径规划和轨迹规划2类。最后,对智能汽车人机协同决策技术的发展趋势进行了总结与展望。通过梳理总结认为:智能汽车人机协同决策技术的发展不仅局限于决策层面,也依赖于上下游共同的技术进步,且多模态人机界面和深度强化学习等技术将成为其进一步发展的重要动力;未来,人机协同决策技术将依托新型决策意图传导技术与大语言模型步入新阶段。

关键词：汽车工程人机协同决策综述驾驶权限人机交互行为决策运动规划

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中国人体骨骼力学测试与材料参数识别

中国公路学报 2024年第9期37卷 289-300页

作者：张冠军马巾慧汪家文肖朝伦黄江王勤淮王强王攀峰白中浩吴文鑫湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室湖南长沙410082 贵州医科大学法医学院贵州贵阳550004 贵州医科大学基础医学院贵州贵阳550025

人体数字模型是损伤机理研究、防护装置研发等汽车碰撞安全研究的重要工具,也是未来汽车安全虚拟测评的核心手段。骨骼材料本构参数是决定数字模型精度的关键,但长久以来中外各种数字人体模型所采用的材料本构参数,都来源于欧美人体的... 详细信息

人体数字模型是损伤机理研究、防护装置研发等汽车碰撞安全研究的重要工具,也是未来汽车安全虚拟测评的核心手段。骨骼材料本构参数是决定数字模型精度的关键,但长久以来中外各种数字人体模型所采用的材料本构参数,都来源于欧美人体的测试数据,还没有关于中国人体骨骼力学特性的系统研究,极大地限制了中国人体数字模型的发展和高效应用。为了厘清中外人体在骨骼力学特性方面的差异,获取中国人体骨骼材料力学特性数据,开展了一例中国男性人体骨骼材料测试研究。解剖出股骨、胫骨、腓骨、颅骨、肋骨、髂骨和胸骨,切割出每种骨骼的皮质骨区域,通过金相磨抛机、数控雕刻机等高精加工方法制备出数量众多、尺寸规则的长方体皮质骨试样,尺寸约为12 mm×2 mm×0.5 mm。通过三点弯曲试验获得试样的生物力学响应,通过基于改进的梁理论方法的自编程序,自动高效地获取试样的弹性模量、屈服应力、切线模量和有效塑性应变。研究结果表明:该例中国人体骨骼皮质骨的材料本构参数在文献中欧美人体的数据范围内,且不同骨骼间材料参数的差异显著(p自主知识产权且符合中国人体特性的完整汽车碰撞安全数字模型提供了初步数据参考。

关键词：汽车工程材料本构参数三点弯曲试验骨骼汽车碰撞安全人体数字模型生物力学

汽车制动器系统稳定性响应的不确定性和相关性分析

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振动工程学报 2024年第9期37卷 1546-1555页

作者：吕辉杨超上官文斌于德介赵克刚华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641 湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室湖南长沙410082

在制动噪声现象中,汽车制动器系统参数不可避免地存在着不确定性和相关性,使得系统响应亦可能同时存在一定的不确定性和相关性,针对该问题开展了制动器系统稳定性响应的不确定性和相关性分析研究。采用多椭球凸模型描述系统参数的不确... 详细信息

在制动噪声现象中,汽车制动器系统参数不可避免地存在着不确定性和相关性,使得系统响应亦可能同时存在一定的不确定性和相关性,针对该问题开展了制动器系统稳定性响应的不确定性和相关性分析研究。采用多椭球凸模型描述系统参数的不确定性和相关性,以不稳定模态阻尼比表征系统稳定性响应。将多椭球凸模型分别与蒙特卡罗仿真、一阶摄动法和二阶摄动法相结合,提出了三种系统稳定性响应的不确定性分析方法;结合蒙特卡罗仿真和一阶摄动法,分别提出了两种系统不确定响应的相关性分析方法;基于不确定性和相关性分析方法,提出了建立系统响应椭球域的组合方法。通过算例分析验证了方法的有效性。分析结果表明,所提出的方法可有效地求得系统稳定性响应的边界区间、相关系数和椭球域,并且该方法具有较高的计算精度和效率。

关键词：汽车制动器系统多椭球凸模型不确定性分析相关性分析制动噪声

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不同年龄与部位颅骨生物力学性能差异研究

医用生物力学 2024年第S1期 204-204页

作者：李曼肖朝伦王杰万昌武邹冬华吴君罗俊杰张冠军夏冰汪家文贵州医科大学法医学院遵义医科大学医学与科技学院基础医学院司法鉴定科学研究院湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室

目的不同年龄间颅骨材料力学参数差异尚不清楚。本研究旨在调查年龄对人类尸体额骨、顶骨和冠状缝力学特性的影响。方法利用测厚规分别对0～1岁组、2～12岁组、31～50岁组、51～70岁组、71～90岁组5个年龄组的人尸体左侧额骨(left sid...

目的不同年龄间颅骨材料力学参数差异尚不清楚。本研究旨在调查年龄对人类尸体额骨、顶骨和冠状缝力学特性的影响。方法利用测厚规分别对0～1岁组、2～12岁组、31～50岁组、51～70岁组、71～90岁组5个年龄组的人尸体左侧额骨(left side of the frontal bone, LF)、左侧顶骨(left side of the parietal bone, LP)、冠状缝(额骨-冠状缝-顶骨,简称冠状缝,coronal suture,CS)各部位样本厚度进行测量,并利用万能材料试验机对其进行三点弯曲实验,检测或计算其最大力、最大力下桡度、最大力下应变、弯曲强度、弹性模量等材料力学参数,分析上述各参数与年龄的关系,以及上述各参数在LF、LP与CS三者之间的差异。结果随着年龄增长,各部位颅骨厚度均呈先上升后降低趋势。在31岁以上的3个年龄组中,LF、LP和CS的最大力高于12岁以下的两个年龄组。0～1岁组与2～12岁组最大力下桡度数值显著高于31岁以上年龄组,差异均具有统计学意义(P<0.05)。各年龄组LF、LP、CS最大力下应变组间差异均具有统计学意义(P<0.05)。厚度、最大力、最大力下桡度、最大力下应变及弯曲模量在不同部位组间差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论颅骨生物力学性能与年龄存在相关性,且不同部位颅骨生物力学性能存在一定差异,颅骨厚度是其生物力学性能的重要影响因素。

关键词：