[发明专利]一种汽车侧碰测试假人胸部结构快速建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车侧碰测试假人胸部结构快速建模方法，属于汽车碰撞安全领域。

背景技术

汽车作为20世纪人类最重要的发明之一，汽车在给人类交通和生活带来方便的同时，随之而来的汽车交通事故也开始危害着人类的生命安全，因此在交通事故中进行乘员伤害程度研究变得越来越重要。人体胸部损伤在车辆交通事故中的发生非常普遍，研究表明在车辆交通事故造成的人员死亡中，有30％是由胸部损伤导致，胸部损伤AIS轻微到中度伤占13％，AIS严重与致命伤占29％，是交通事故造成重伤与死亡的主要原因之一，而在所有车辆交通事故导致的乘员致命和严重伤害中胸部损伤位居第二，仅次于头部损伤。在每年的交通事故中，其中侧撞要占1/3左右，其致死率仅次于正面碰撞，而致伤率则居第一位。

目前，道路交通事故中大约四分之一的严重损伤是由于侧面碰撞造成的。因此，汽车侧面碰撞安全性的研究成为汽车被动安全性研究的一项重要内容，越来越受到各国政府、汽车厂商和消费者的关注。胸部作为侧碰中伤害最重的部位，对其进行和损伤研究变得尤为重要。

胸部损伤研究模型主要有两类：第一类为多刚体模型，其不考虑了皮肤等软组织，用刚体替代胸部结构，主要考察胸部粘性指数VC值，可输出速度、加速度、接触力、位移等。另一类模型是基于人体解剖学的有限元模型，该方法采用柔性材料对胸部结构组织进行模拟，在细节描述、材料模型生物逼真度、网格的数量和质量、全面的验证等方面逐渐得到改善，既可分析胸部动力学特性又可分析应力应变分布，具有经济性好，可重复性强的优势。以目前广泛应用的ES-2侧碰假人为例，目前大多有限元模型均具有建模难度大且计算时间长的不足。对于致力于被动安全领域专业人士来将，分析周期过长，工作效率大大降低。因而建立快速的乘员胸部侧碰工况下的损伤分析的参数化模型方法对旨在保护乘员人体胸部损伤的汽车设计有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于一种汽车侧碰测试假人胸部结构快速建模方法，解决了现有技术存在的有限元模型计算效率低等问题。本发明专利既可以用于乘员胸部动力学研究，又可以模拟胸部损伤和应力应变分布，计算耗时少，效率高。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

汽车侧碰测试假人胸部结构快速建模方法，包括：

(1)、构建胸部外轮廓简化模型；

利用医学影像技术，鉴于人体胸部两侧软组织力学特性，选用弹性材料建立只有一层皮肤结构的胸部外轮廓近似几何模型，不考虑肌肉结构对碰撞响应的影响。

(2)、构建胸部内部结构等效化模型；

在上述几何模型基础上，根据汽车侧碰工况，利用结构力学等效思想对人体胸部内脊柱、肋骨、胸腔内部组织结构进行等效近似处理：用等截面的中空矩形钢板描述脊柱。在胸部侧面冲击方向上，用一根等截面的曲梁等效简化胸部肋骨结构，曲梁结构关于脊柱左右对称分布，后端开口与脊柱相连。用集中质量块等效简化胸腔内部组织结构，质量块与曲梁、质量块与钢板之间建立弹簧连接，模拟胸腔内部阻尼特性。

(3)、生成侧碰工况下乘员胸部初始有限元模型；

运用CAE分析软件，对以上结构进行有限元网格剖分与材料属性赋值，确定边界条件，生成侧碰工况下乘员胸部初始有限元模型。

(4)、优化设计乘员胸部初始有限元模型；

(4.1)、以假人侧碰标定试验为分析工况，搭建胸部初始模型优化分析平台；

(4.2)、基于响应面法，以假人侧碰标定试验为约束条件，以曲梁、弹簧结构参数为设计变量，以假人胸部标定试验中肋骨位移法规指标为优化目标，建立乘员胸部侧碰结构优化代理模型；

(4.3)、求解以上多目标优化问题，生成汽车侧碰测试假人胸部结构快速建模模型。

2、根据权利要求1所述的汽车侧碰测试假人胸部结构快速建模方法，其特征在于：步骤(2)中关于质量块与曲梁、质量块与钢板之间建立弹簧连接，具体为：

(2.1)质量块与曲梁之间采用拉伸弹簧连接，初始弹簧沿着胸部冲击力方向布置；

(2.2)质量块与钢板之间采用拉扭组合弹簧连接，以模拟等效化后的结构在同一平面内的拉伸与扭转特性。初始组合弹簧沿着垂直于冲击力的方向布置；

3、根据权利要求1所述的汽车侧碰测试假人胸部结构快速建模方法，其特征在于：步骤(3)中对以上结构进行有限元网格剖分包括：对碰撞侧的结构区域进行精细网格划分，非碰撞侧区域网格粗化处理。

4、根据权利要求1所述的一种汽车侧碰测试假人胸部结构快速建模方法，其特征在于：步骤(3)中对以上结构进行材料属性赋值包括：