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基于具体事故工况的大倾角乘员损伤机理研究

基于具体事故工况的大倾角乘员损伤机理研究

作者：司晓重庆理工大学

学位级别：硕士

随着汽车智能座舱技术快速发展与大倾角副驾座椅的普及,副驾乘员更倾向于采用大倾角乘坐坐姿,这对碰撞中的乘员防护提出了更高的要求,目前亟需开展相关场景的乘员损伤研究。本文的主要研究内容是基于两起典型的大倾角坐姿乘员事故案例... 详细信息

随着汽车智能座舱技术快速发展与大倾角副驾座椅的普及,副驾乘员更倾向于采用大倾角乘坐坐姿,这对碰撞中的乘员防护提出了更高的要求,目前亟需开展相关场景的乘员损伤研究。本文的主要研究内容是基于两起典型的大倾角坐姿乘员事故案例开展事故解析,并通过CAE仿真手段进行事故再现,进而分析两个事故场景中的乘员损伤机理,最后,围绕两起事故中的大倾角坐姿乘员的损伤特性开展约束系统的优化。首先,通过NHTSA官方网站收集相关的事故工况,并进行事故解析。第二,对本文后续需要用到的仿真模型进行整车碰撞对标验证以及约束系统碰撞对标验证,验证其是否可用于后面的仿真分析工作,本次仿真采用与两次事故车辆相同车型的丰田Yaris仿真模型。第三,还原事故场景,基于已经收集的事故案例,通过仿真手段还原事故工况下的碰撞响应,提取仿真模型约束系统INTERFACE。第四,将整车节点信息INTERFACE导入约束系统模型中,并将约束系统模型中的HybridⅢ50假人替换为仿真精度更高的THUMS人体模型。对仿真结果进行分析,分析出大倾角坐姿下的人体损伤机理。之后针对分析所得的损伤机理进行约束系统的优化工作,并进行参数匹配得到针对于大倾角乘员损伤事故下的约束系统最优参数。基于THUMS人体模型的仿真结果表明:两起典型的大倾角乘员事故工况中乘员均遭受了较大损伤。其中事故案例1中乘员脊柱损伤达到AIS 3级;事故案例2中乘员头部损伤达到AIS 4级、胸部损伤达到AIS 4级、脊柱损伤达到AIS 3级,且颈部受到鞭梢性伤害,其主要原因是在大倾角坐姿下乘员前期缺少安全带的束缚作用。为优化安全带对乘员的约束作用,在优化方案中引入了集成式安全带,并采用针对脊柱应力较大的问题设计的可压溃式座椅。仿真显示两起事故中脊柱应力分别降低了55.38%和46.13%。之后进行参数匹配优化,优化结果显示:事故案例1中WIC(Weighted Injury Criteria)可降低42.27%,事故案例2中WIC可降低50.38%。本文研究结果可为大倾角乘员防护提供一定参考价值。

关键词：约束系统损伤机理大倾角坐姿乘员防护

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模拟爆炸冲击载荷的防雷座椅跌落试验研究

兵器装备工程学报 2023年第6期44卷 154-160页

作者：傅耀宇牛善田闫际宇周云波张明 63969部队南京210000 南京理工大学南京210000

为提升乘员防护水平,解决实车爆炸防护试验存在的不足,探讨了通过跌落试验模拟评估防雷座椅性能的方法。利用近似半正弦脉冲模拟爆炸冲击载荷,借助加速度峰值和速度变化量与假人损伤之间的相关性分析了车辆底部爆炸冲击载荷的影响程度,... 详细信息

为提升乘员防护水平,解决实车爆炸防护试验存在的不足,探讨了通过跌落试验模拟评估防雷座椅性能的方法。利用近似半正弦脉冲模拟爆炸冲击载荷,借助加速度峰值和速度变化量与假人损伤之间的相关性分析了车辆底部爆炸冲击载荷的影响程度,完成了模拟爆炸跌落试验台的总体设计,通过1.5 m跌落试验与特定爆炸冲击的对比,验证了防雷座椅吸能行程和假人盆骨加速度、头部合成加速度、颈部轴向力等响应的吻合性。结果表明:跌落试验在误差允许范围内可以较好实现对车辆底部爆炸工况下防雷座椅运动响应和假人损伤响应的模拟。

关键词：防雷座椅爆炸冲击波形模拟跌落试验乘员防护

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高速列车座椅间距对乘员二次碰撞伤害的影响

计算机辅助工程 2008年第2期17卷 1-3页

作者：王文斌张光伟赵洪伦陆正刚同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海200092 中国南车四方机车车辆股份有限公司技术中心山东青岛266111

为研究高速列车座椅间距对乘员碰撞伤害的影响,在欧洲列车乘员伤害仿真、试验和评价标准的基础上,参考我国列车客室设施与布置,采用MADYMO Hybrid Ⅲ 50%假人,建立高速列车碰撞事故乘员二次碰撞仿真模型.通过仿真分析比较不同座椅间距... 详细信息

为研究高速列车座椅间距对乘员碰撞伤害的影响,在欧洲列车乘员伤害仿真、试验和评价标准的基础上,参考我国列车客室设施与布置,采用MADYMO Hybrid Ⅲ 50%假人,建立高速列车碰撞事故乘员二次碰撞仿真模型.通过仿真分析比较不同座椅间距对乘员伤害的影响.研究表明,合适的座椅间距能减小乘员的HIC(Head Injury Criterion)值和碰撞的相对速度,从而减小乘员伤害概率.

关键词：高速列车二次碰撞乘员防护被动安全

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轨道车辆乘员二次碰撞伤害的研究

城市轨道交通研究 2007年第9期10卷 23-27页

作者：王文斌赵洪伦刘学军同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海博士讲师200092 天欧汽车工程软件(上海)有限公司上海200120

结合我国铁道车辆客室设施与布置,参考欧洲和美国的轨道车辆乘员伤害仿真、试验和评价标准,采用Madymo HybridIII 50百分位假人对轨道列车碰撞事故中乘员二次碰撞的过程进行了计算机仿真和伤害分析,比较了不同客室布置方式、不同接触刚... 详细信息

结合我国铁道车辆客室设施与布置,参考欧洲和美国的轨道车辆乘员伤害仿真、试验和评价标准,采用Madymo HybridIII 50百分位假人对轨道列车碰撞事故中乘员二次碰撞的过程进行了计算机仿真和伤害分析,比较了不同客室布置方式、不同接触刚度、不同的座椅间距等对乘员伤害的影响。研究表明,同向布置、合适的座椅靠背刚度和座椅间距能减小乘员的HIC值和碰撞的相对速度,从而减小乘员伤害。客室的内装材料也应从被动安全防护的角度加以考虑。

关键词：轨道车辆二次碰撞乘员防护客室布置

基于微型面包车事故再现的驾驶员损伤及防护研究

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基于微型面包车事故再现的驾驶员损伤及防护研究

作者：吴正伟重庆理工大学

学位级别：硕士

随着我国经济的发展,微型面包车在经济欠发达地区保有量激增,相应的事故发生率也呈逐年上升趋势,由于微型面包车车身结构单薄,吸能区与缓冲区行程较短,致使车内乘员往往伤亡严重。因此,探讨微型面包车事故发生规律、乘员损伤机理及其防... 详细信息

随着我国经济的发展,微型面包车在经济欠发达地区保有量激增,相应的事故发生率也呈逐年上升趋势,由于微型面包车车身结构单薄,吸能区与缓冲区行程较短,致使车内乘员往往伤亡严重。因此,探讨微型面包车事故发生规律、乘员损伤机理及其防护机制就显得尤为重要。本文以微型面包车正面碰撞事故为切入点,利用有限元分析仿真技术,对微型面包车驾驶员的损伤机理及其防护进行研究,为车辆安全性设计提供参考依据,具有现实的经济和社会意义。本文主要研究方法与结论如下:首先,对微型面包车事故进行深度调查与分析,明确微型面包车事故的发生特点与规律。分析结果表明,在道路类型和事故地点分布上,以城市道路为主,占74%,事发路段线性多为平直路段,占86%;从乘员伤亡情况来看,面包车与货车事故导致乘员伤亡情况最为严重,占总死亡人数的45.3%。因此本文对微型面包车与货车碰撞案例进行事故重建。其次,根据事故深度调查分析结果,选取事故数据库中最常见的面包车车型,创建微型面包车有限元模型,并对其进行验证;利用事故再现技术与有限元分析软件对微型面包车追尾碰撞货车案例进行事故重建。提取了微型面包车质量增加曲线、能量变化曲线、车辆变形、驾驶员动态响应过程等结果,并对重建结果进行验证,验证结果表明,从仿真模型的稳定性、车辆变形、碰撞过程中驾驶员的动态响应三个方面均具有较高的准确性,据此可以进行下一步的研究分析。再次,构建微型面包车-THUMS乘员有限元模型仿真边界条件对事故中人体损伤过程进行重建,提取驾驶员颅骨、肋骨及下肢等效应力,参考人体头部、胸部及下肢耐受限度,预测其损伤风险,并与实际伤情进行比较。结果表明:驾驶员颅骨、胸部肋骨等损伤指标都超过了人体的损伤耐限,这与尸检报告中驾驶员死于胸腹部脏器损伤、颅脑损伤死亡的结论相符。最后,针对事故案例重建结果,结合乘员损伤情况,本文从车辆结构的缓冲与吸能措施、货车尾部防撞栏、预紧限力式安全带、限力式吸能踏板等方面进行了相关分析,分析结果表明,货车尾部防撞栏的规范安装、预紧限力式安全带的使用及限力式吸能踏板等都可不同程度降低乘员伤害,并据此提出相关乘员安全防护的建议,指出交通安全隐患,为车辆改进提供支撑。

关键词：微型面包车事故再现损伤机制有限元法乘员防护

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防护型车辆抗底部爆炸安全座椅关键技术研究

防护型车辆抗底部爆炸安全座椅关键技术研究

作者：陈婷南京理工大学

学位级别：硕士

随着我国军事实力的提升,我国在国际维和反恐行动中扮演着越来越重要的角色,为应对现代战争中威胁车内乘员生命安全的问题,研究底部爆炸环境下的抗爆炸安全座椅具有重大意义。本文以某型底部装甲防护型车辆的驾驶员座椅为研究对象,基于... 详细信息

随着我国军事实力的提升,我国在国际维和反恐行动中扮演着越来越重要的角色,为应对现代战争中威胁车内乘员生命安全的问题,研究底部爆炸环境下的抗爆炸安全座椅具有重大意义。本文以某型底部装甲防护型车辆的驾驶员座椅为研究对象,基于底部爆炸环境,通过整车模型与座椅简化模型仿真分析,结合座椅垂向跌落冲击试验,对座椅的缓冲吸能元件进行研究改进工作,提升该座椅在底部爆炸环境下对乘员的防护性能。本文主要研究内容如下:首先,对底部爆炸冲击环境下乘员的损伤与防护机理进行了研究归纳,详细总结了评估人体损伤情况的准则,为后续座椅分析研究及假人损伤评估奠定了基础。然后,建立了整车有限元模型与座椅简化模型,通过座椅骨架模态分析与静强度分析,验证了座椅结构的合理性;进行车身动态结构响应与假人响应分析,从而验证了座椅简化模型的可靠性,且发现原车座椅的防护效果不佳。因此对座椅缓冲吸能元件进行研究改进,对比了弹簧元件、液压缓冲器、气囊缓冲元件和金属薄壁结构元件吸能效果的优劣,并进行参数分析确定了适用的缓冲吸能元件。最后,参考国内外的座椅试验台,设计了垂向跌落冲击试验台并对改进后的座椅进行试验。结果表明,改进后的座椅提升了对乘员的防护能力,同时也说明座椅垂向跌落冲击试验台可用于评价底部爆炸环境下车内座椅的防护性能。本文的研究流程与成果在防护型车辆抗底部爆炸安全座椅设计改进方面具有一定的指导意义。

关键词：爆炸冲击乘员防护安全座椅缓冲吸能元件试验方法

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载人防护缓冲气囊座椅的设计与优化

载人防护缓冲气囊座椅的设计与优化

作者：谭军湖南大学

学位级别：硕士

空投是部队投送及物资补给的一种非常重要的手段,在现代战争中发挥着不可或缺的作用,其应用将越来越广泛。载人空投即重型装备与乘员同时实施空投,一经着陆就投入战斗。相比人车分离空投而言,载人空投技术能够进一步提高军队的快速响应... 详细信息

空投是部队投送及物资补给的一种非常重要的手段,在现代战争中发挥着不可或缺的作用,其应用将越来越广泛。载人空投即重型装备与乘员同时实施空投,一经着陆就投入战斗。相比人车分离空投而言,载人空投技术能够进一步提高军队的快速响应能力、作战乘员的安全性和战斗能力。在重装载人空投着陆过程中,空投乘员由于承受冲击载荷,需要借助支撑座椅提供主要的减振和缓冲作用。目前我国在载人空投着陆领域,设备着陆时乘员安全防护仍然存在一些问题。由于设备座椅缓冲性能较差,容易造成乘员人体损伤,无法达到乘员安全着陆的要求。本文针对上述问题,开展了以下几个方面的工作：1、分析不同类型气囊的工作原理,并根据载人空投着陆具体情况,确定缓冲气囊座椅结构形式。通过缓冲气囊座椅在着陆缓冲过程中的能量转化及受力的基本方程,推导影响缓冲气囊座椅尺寸的因素,提供结构形式和尺寸上的依据。根据重装设备内部空间、载人要求以及人机工程学原理,采用集成于UG中的人机工程分析子系统,在UG平台下进行缓冲气囊座椅的设计。2、根据载人空投着陆中乘员人体受力和损伤情况,设计一种腰部安全带加双肩带固定人体,对于乘员颈部设计出一种缓冲气囊护颈进行局部保护。制定边界条件,定义各个部位的接触、材料类型、约束条件、输入输出参数等因素,建立重装载人空投着陆中乘员人体缓冲的数值仿真模型。3、利用MADYMO 3D多刚体动力学软件模拟重装载人空投着陆过程中缓冲气囊座椅对乘员人体缓冲的过程。仿真分析两种缓冲气囊座椅中动态特性参数对乘员颈部和胸部损伤的影响。4、建立缓冲气囊座椅缓冲动力学模型和动态特性参数多目标优化问题模型。采用微型多目标遗传算法,对影响着陆过程中乘员人体颈部损伤和胸部损伤的动态特性参数进行优化。分析对比两种缓冲气囊座椅的优化结果。

关键词：载人空投乘员防护缓冲气囊座椅微型多目标遗传算法优化设计

基于驾驶员安全的微型面包车—护栏碰撞仿真分析研究

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基于驾驶员安全的微型面包车—护栏碰撞仿真分析研究

作者：郑晓旭重庆理工大学

学位级别：硕士

近些年来,随着我国农村经济的发展,微型面包车以价格低、车内空间大的优势在经济欠发达地区广受人们的青睐,然而,微型面包车由于本身结构单薄、碰撞相容性等方面存在不足,加之农村地区微型面包车的驾驶员的交通安全意识比较薄弱,微型面... 详细信息

近些年来,随着我国农村经济的发展,微型面包车以价格低、车内空间大的优势在经济欠发达地区广受人们的青睐,然而,微型面包车由于本身结构单薄、碰撞相容性等方面存在不足,加之农村地区微型面包车的驾驶员的交通安全意识比较薄弱,微型面包车事故发生的数量呈现攀升趋势,一旦发生事故乘员往往伤亡较严重,尤其是微型面包车在高速行驶状态下与护栏碰撞伤亡往往很惨重,而且微型面包车的自身结构局限性在短时间内无法克服,因此乘员被动安全防护研究显得尤为重要,因此本文以微型面包车与护栏碰撞为切入点,利用有限元仿真技术,对基于微型面包车与护栏碰撞的驾驶员的防护进行研究分析。本文运用有限元分析法作为研究方法,建立了微型面包车模型,并通过实车碰撞试验对其进行验证,驾驶员选用THUMS人体有限元模型,对假人头部、颈部、膝盖以及胸部等人体部位进行验证试验,对一些部位参数进行调整,最终使THUMS假人满足碰撞仿真要求,按交通行业标准JT/T281-2007的规范要求,利用有限元Hyperworks软件建立Gr-A-2C波形防护栏的有限元模型,运用LS-Dyna作为求解器的仿真模式,最终对建立的微型面包车与护栏碰撞系统的有限元模型进行仿真分析。并从计算模型的稳定性来验证此次仿真的可靠性。通过有限元仿真结果分析出微型面包车运行状态、运行轨迹、车体加速度、护栏变形情况等,并对驾驶员安全状况分析,可知微型面包车由于自身结构局限性,很容易与护栏发生绊阻,绊阻后,驾驶员在目前面包车配备的约束系统的保护下存在明显不足,再加上目前微型面包车的驾驶群体的安全防范意识相对较薄弱,因此本文从未佩戴安全带、普通安全带替换为预紧限力式安全带两方面对驾驶员进行防护研究分析得出结论如下:1)假人未系安全带情况下,由于没有受到任何约束,会有向左上方飞出的危险,驾驶员头部与挡风玻璃接触致使颅骨严重骨折,胸部与方向盘碰撞接触致使胸部严重受损,下肢与内饰发生接触会致使大腿骨骨折,在普通安全带的约束下,虽然头部和下肢分别与方向盘、内饰发生接触,但不会造成严重致命损伤。2)假人在预紧限力式安全带约束下,驾驶员被很好的约束固定在座椅上,避免驾驶员与车体发生二次碰撞接触,与普通安全带约束下假人的伤害比对分析发现,驾驶员头部、胸部受到的伤害明显下降。最终通过使用预紧限力式安全带对乘员约束系统的优化很大程度改善了微型面包车驾驶员的防护水平。本文研究对车辆改进、乘员防护以及提高驾驶员安全防护意识都具有重大的现实意义。

关键词：微型面包车护栏有限元法约束系统乘员防护

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某轻型车辆载员空投防护技术研究

某轻型车辆载员空投防护技术研究

作者：徐克非南京理工大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,重装武器的快速响应得到重视,载员空投车辆以其卓越的响应速度深受关注。载员空投的技术难点主要在保证乘员安全着陆方面,本文针对某轻型军用车辆展开了试验和仿真相结合的研究方式,分析研究了载员空投车辆的防护关键技... 详细信息

随着科技的发展,重装武器的快速响应得到重视,载员空投车辆以其卓越的响应速度深受关注。载员空投的技术难点主要在保证乘员安全着陆方面,本文针对某轻型军用车辆展开了试验和仿真相结合的研究方式,分析研究了载员空投车辆的防护关键技术。首先通过试验研究了某轻型军用车辆在较低速度下的跌落响应,分析了车辆跌落过程中的加速度响应和乘员的损伤情况,获得无缓冲平台下车辆和乘员损伤基础数据。其次建立了对应的有限元模型,利用试验数据修正模型并验证准确度。利用修正后的模型分析了轮胎着陆顺序对车辆加速度的影响,发现不同顺序对车内不同测量点的影响不同。通过对比座椅角度对乘员损伤的影响,发现在低速下损伤程度相似,但假人头颈部运动幅度减小。最后仿真分析了在10m/s初速度下跌落时车辆的加速度和乘员损伤,得出了不使用额外缓冲系统无法保证车内乘员安全的结论。然后针对该轻型车辆对比了气囊缓冲平台和聚乙烯泡沫缓冲平台在不同初速度输入下对车身加速度的影响,发现气囊缓冲平台在各方面都更具优势。基于优势平台对座椅缓冲系统的两种吸能缓冲器在不同初速度冲击下进行对比,得出了不同的座椅吸能器适合不同空投环境的结论。最后使用多目标优化算法对气囊缓冲平台与带式吸能器的组合缓冲模式进行优化分析,得出了在不改变气囊尺寸和车内缓冲行程条件下的最优组合,提高了乘员的安全性。本文的研究成果能为以后空投车辆的研究发展提供一些参考,具有一定的指导意义。

关键词：载员空投乘员防护缓冲技术多目标优化