【摘要】：交通事故統(tǒng)計數據顯示,胸腹部損傷是導致兒童乘員傷亡的主要形式之一。研究兒童胸腹部損傷機理對汽車設計安全性和降低兒童乘員胸腹部損傷風險具有非常重要的研究意義。尸體實驗是研究兒童胸腹部損傷機理的一種有效方式,但由于樣本獲取困難且重復率低,其應用受到限制。但近幾年有限元仿真技術快速發(fā)展,使有限元碰撞仿真成為研究兒童胸腹部損傷機理的重要方式之一。本文利用實驗室同課題組構建并經過有效性驗證的3歲和6歲兒童乘員有限元胸腹部有限元模型,通過重構歐陽鈞所做的兒童尸體實驗,從胸部壓縮量、接觸力以及胸部心臟和肺臟最大第一主應變的角度,對比分析試驗撞錘大小、材料參數及幾何特征參數對胸部損傷的影響。結果表明,幾何特征參數對兒童胸部損傷的影響最明顯,材料參數和試驗所采用的撞錘大小對兒童胸部損傷存在一定的影響,但影響較小。應用驗證有效的3歲和6歲兒童乘員有限元模型,參照ECE R44法規(guī)中的滑車實驗,將兩組不同年齡的兒童模型分別采用五點式兒童安全約束系統(tǒng)進行約束,對3歲和6歲兒童在正面碰撞過程中胸腹部損傷嚴重程度及位置的差異進行對比探討。由于不同年齡兒童胸腹部各內臟組織發(fā)育程度不同,3歲和6歲兒童模型胸腹部損傷的嚴重程度及位置均出現(xiàn)較明顯的差異。除此之外,還研究了正面碰撞過程中不同初速度對3歲兒童乘員胸腹部損傷響應的影響。結果表明,在初始速度不同的3組仿真試驗中,3歲兒童乘員胸腹部損傷嚴重程度及損傷位置均出現(xiàn)差異:3歲兒童乘員胸腹部損傷程度并不是單純地隨著初始速度的增加而增加,需要結合胸腹部損傷的各種指標綜合分析。構建完整的3歲兒童上肢有限元模型,并將上肢有限元模型與兒童胸腹部模型連接。參照E-NCAP實驗設置,將3歲兒童乘員模型以正常乘坐以及上肢舉起兩種姿勢放置于汽車后排座椅,并采用五點式兒童安全座椅對其進行約束,對比分析在側面剛性柱碰撞過程中,兩種不同姿勢對胸腹部損傷的影響。結果表明,上肢在側面碰撞過程中能夠吸收一部分碰撞產生的能量,減弱了車內部件及安全座椅與乘員胸腹部的直接碰撞,對乘員胸腹部起到了一定程度的保護作用。
【圖文】：

模型主要由兩種方法構建獲得。第一種方法是對成人有限元模型進行縮放而構建。逡逑Ｍｉｚｕｎｒ邋（２００５）等通過縮放５０百分位成人乘員的模型獲得３歲兒童乘員有限元逡逑模型，如圖１－２所示。但是兒童并不是成人的縮小版，對成人有限元模型進行等比逡逑例縮放而構建的兒童有限元模型并不能真實反映兒童真實的生理學結構及特征。因逡逑此，基于不同年齡兒童的ＣＴ數據，從而構建具有真實生理學結構的兒童有限元模逡逑型的第二種方法應用更為廣泛。逡逑圖１－２邋３歲兒童乘員有限元模型逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋３－ｙｅａｒ－ｏｌｄ邋ｃｈｉｌｄ邋ｆｉｎｉｔｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌ逡逑蔣彬輝等４１（２０１４）構建了具有詳細解剖學結構的１０歲兒童胸部有限元模型，逡逑如圖１－３所示，并對該模型進行了靜態(tài)加載實驗驗證模型有效性及對胸部損傷情況逡逑的分析。逡逑３逡逑

（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１－３邋１０歲兒童胸部有限元模型逡逑（ａ）邋１０歲兒童的骨骼組織；（ｂ）邋１０歲兒童完整結構逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－３邋１０－ｙｅａｒ－ｏｌｄ邋ｃｈｉｌｄ邋ｔｈｏｒａｘ邋ＦＥ邋ｍｏｄｅｌ逡逑于翱洋［ｌ５］（２０１２）構建相對比較完整的６歲兒童腹部有限元模型，并應用Ｌｓ－Ｄｙｎａ逡逑有限元分析軟件，重構Ｋｉｎｇ邋Ｈ．邋［１６］邋（１９８４）所進行的Ｌ４－Ｌ５腰椎尸體實驗以及Ｖｉａｎ0［１７］逡逑（１９８９）所做腹部側碰實驗驗證了邋６歲兒童腹部模型的有效性。１＾［１８］等（２０１５）構逡逑建６歲兒童行人胸腹部有限元模型，如圖１－４所示，重構Ｏｕｙａｎｇ兒童尸體實驗，得逡逑出的胸腹部力－位移曲線在尸體實驗通道內，而且通過ＶＣ曲線以及內臟最大第一主逡逑應變判斷內臟損傷，與尸體實驗結果相一致，驗證了模型的有效性。逡逑ｆｆyU梊電逡逑｜｜腳逡逑圖１－４邋６歲兒童乘員胸腹部模型逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋６－ｙｅａｒ－ｏｌｄ邋ｃｈｉｌｄ邋ｏｃｃｕｐａｎｔ邋ｔｈｏｒａｃｉｃ邋ａｎｄ邋ａｂｄｏｍｅｎ邋ＦＥ邋ｍｏｄｅｌ逡逑衛(wèi)志強［１９］邋（２０１５）和孫田軍［２（）］邋（２０１５）在６歲兒童（躺姿）幾何數據的基礎上，逡逑調整構建了邋６歲兒童乘員胸腹部有限元模型，如圖１－５邋（ａ）、（ｂ）所示。衛(wèi)志強參逡逑照Ｋｒｏｅｌｌ邋０＾２１］尸體實驗的方法驗證了模型的有效性
【學位授予單位】：天津科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U467.14

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本文編號：2605058