地鐵是城市公共交通重要部分,碰撞事故一旦發(fā)生,將會(huì)造成巨大傷亡。本文建立車廂-乘員-扶手耦合三維多剛體動(dòng)力學(xué)模型與頭-地板耦合三維有限元模型,基于生物力學(xué)指標(biāo),研究3種基本工況下不同站姿地鐵乘員頭部損傷,旨在探究乘員姿態(tài)對(duì)頭部損傷影響規(guī)律。結(jié)果表明:1)頭部損傷生物力學(xué)指標(biāo)最大值均基本集中在腦干處與顱腦頂端,可以判斷發(fā)生腦損傷;2)地鐵站立乘員抬頭角度、面向方向?qū)︻^部損傷影響較大,腳部豎跨角度對(duì)頭部損傷結(jié)果有一定影響,而腳步橫跨角度對(duì)頭部損傷結(jié)果影響不大;3)地鐵站立乘員保持頭部彎曲角度45°、面向地鐵行駛方向、腳步豎跨角度0°姿態(tài),將在地鐵碰撞事故中面臨更嚴(yán)重腦損傷風(fēng)險(xiǎn)。 

【文章來(lái)源】：鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2020,17(10)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

頭部損傷分析流程圖

分析基本工況一水平扶手站立乘員頭部碰撞損傷情況，在頭-地碰撞過(guò)程中，大腦承受持續(xù)壓力和應(yīng)力，主要集中在腦干和顱骨頂端。為了確保研究準(zhǔn)確性，所有生物力學(xué)指標(biāo)結(jié)果均采用相同方法獲取，以顱內(nèi)壓力為例，說(shuō)明頭部損傷生物力學(xué)指標(biāo)結(jié)果獲取方法。該方法分3個(gè)步驟：1)觀察應(yīng)力云圖找到最大正壓、負(fù)壓區(qū)域；2)在該區(qū)域分別取9個(gè)點(diǎn)(如圖2(a));3)繪制所選點(diǎn)應(yīng)力-時(shí)間曲線(如圖2(b))，從應(yīng)力-時(shí)間曲線中取最大值。同樣方法用于獲取腦組織Von-Mises應(yīng)力和腦組織剪切應(yīng)力。腦干處最大顱內(nèi)正壓為228.68 k Pa，大腦頂端最大顱內(nèi)負(fù)壓為76.52 k Pa，最大腦組織Von-Mises應(yīng)力和腦組織剪切應(yīng)力分別為0.76 k Pa和0.44 k Pa，均集中在腦干處，判斷腦干處發(fā)生腦損傷。采用同樣方法，分析另2種基本工況頭部損傷結(jié)果。3種基本工況乘員頭部碰撞部位和碰撞時(shí)間不完全相同，但腦組織Von-Mises應(yīng)力與腦組織剪切應(yīng)力均集中在腦干上端、腦干、小腦或大腦接觸部位，這與多起事故重建得出結(jié)論相符[14]。

隨著智能手機(jī)普及，“低頭族”隨處可見(jiàn)，相關(guān)研究表明，“低頭族”頸椎大約在15°～60°屈曲位置，正常情況人體保持頸部彎曲15°。本節(jié)將考慮抬頭角度對(duì)頭部碰撞損傷影響，見(jiàn)圖3(a)，以及不同手部握手機(jī)情況，對(duì)頭部碰撞損傷影響，見(jiàn)圖4(a)。圖4 基于顱內(nèi)壓力不同手臂抬起下頭部碰撞損傷結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于二次碰撞簡(jiǎn)化模型的地鐵乘員損傷研究[J]. 周俊先,陳秉智.  大連交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[2]基于坐姿假人的地鐵乘員二次碰撞損傷影響分析[J]. 王存義,張樂(lè)樂(lè),衛(wèi)亮,宋宇.  鐵道學(xué)報(bào). 2015(03)
[3]地鐵碰撞事故中站姿假人的響應(yīng)仿真與損傷預(yù)測(cè)[J]. 衛(wèi)亮,張樂(lè)樂(lè),崔進(jìn),宋宇.  鐵道學(xué)報(bào). 2015(01)
[4]BRAIN INJURY BIOMECHANICS IN REAL WORLD VEHICLE ACCIDENT USING MATHEMATICAL MODELS[J]. OTTE Dietmar.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2008(04)

博士論文
[1]行人和自行車交通事故中頭部動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和損傷機(jī)理研究[D]. 陳勇.湖南大學(xué) 2010
[2]基于真實(shí)車輛—行人交通事故的顱腦損傷風(fēng)險(xiǎn)分析研究[D]. 李凡.湖南大學(xué) 2009
[3]車輛碰撞事故中頭部生物力學(xué)響應(yīng)和損傷機(jī)理分析[D]. 許偉.湖南大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3614157