[发明专利]汽车追尾碰撞试验用假人颈部新结构快速等效建模方法

权利要求书

1.一种汽车追尾碰撞试验用假人颈部新结构快速等效建模方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)构建颈部简化模型：

(1.1)利用医学CT及MRI扫描数据，扫描处理得到颈椎结构轮廓及质量，将颈椎轮廓进行简化设计，建立颈椎几何模型；

(1.2)利用医学CT及MRI扫描数据，扫描处理得到颈部外形轮廓及质量，颈部皮肤、肌肉等利用弹性橡胶材料代替，基于颈椎结构的设计，将其注塑成颈部外形轮廓结构，建立颈部表面几何结构；

(1.3)在所述几何结构的基础上，根据力学受力分析及等效原理，按照汽车追尾碰撞过程中颈部的运动状态，对颈椎内部组织进行等效建模，以模拟颈部弯曲特性；

(1.4)利用所述结构，生成模拟假人颈部结构的有限元模型；

(2)对颈部简化模型进行结构优化设计：

(2.1)基于鞭打试验准则，建立颈部简化模型优化设计分析工况；

(2.2)对颈部简化模型中主要受力部位，设置材料属性，作为优化初始参数；

(2.3)利用灵敏度分析原理，选取上述颈部简化模型主要受力部位的材料参数作为设计变量，将颈部弯矩、颈部枕骨力矩及D平面转角作为优化目标，进行优化设计，得到使所述颈部结构最能真实模拟人体颈部力学特性的最优材料参数，并以此建立颈部最优有限元模型。

2.根据权利要求1所述的一种汽车后面追尾碰撞试验用假人颈部新结构快速等效建模方法，其特征在于：等效简化的颈部建模步骤包括：

(2.1)用等截面的环形圆盘模拟椎骨中的寰椎和颈椎；

(2.2)寰椎用一个环形圆盘模拟，简化的寰椎与实际人体寰椎质量相同，寰椎与假人头部通过铰链连接，并且铰链通过刚性梁与寰椎结构相连；

(2.3)除寰椎外的另外六块颈椎，简化为三块，根据权利要求(1.1)中所述的各颈椎质量，每块简化颈椎结构依次代表人体的两块颈椎，其质量也依次进行分配，并且在颈椎后侧顶端及前侧底端设置铰接固定端；

(2.4)寰椎与颈椎通过模拟皮肤肌肉的橡胶材料连接；

(2.5)两颈椎之间通过刚性梁连接，所述的刚性梁中间加入刚性固定块，刚性块中设置铰链，用以与线性弹簧转动机构进行连接；

(2.5)上述线性弹簧转动机构，其特征在于：线性弹簧两侧与刚性梁连接，刚性梁一端与铰接固定端进行连接，另一端与刚性块中铰链连接；

(2.6)最后一块颈椎铰链设置方式与寰椎相同，用于颈部与假人胸部结构连接；

(2.7)两两颈椎之间连接方式相同。

3.根据权利要求1所述的一种汽车后面追尾碰撞试验用假人颈部新结构快速等效建模方法，其特征在于：步骤(2.2)中对颈部结构的简化模型，设置材料属性包括：

(3.1)对建立的颈部皮肤肌肉的简化模型的体单元属性赋值；

(3.2)对简化的寰椎和颈椎结构进行体单元属性赋值；

(3.3)对线性弹簧进行弹簧单元属性赋值；

(3.4)对上述的刚性梁单元进行梁单元属性赋值。

4.根据权利要求1所述的一种汽车后面追尾碰撞试验用假人颈部新结构快速等效建模方法，其特征在于：步骤(3.1)所述的对建立的颈部皮肤肌肉的简化模型进行体单元属性赋值包括：密度、弹性模量和泊松比；材料选用弹性材料。

5.根据权利要求1所述的一种汽车后面追尾碰撞试验用假人颈部新结构快速等效建模方法，其特征在于：步骤(3.3)中所述的线性弹簧为主要颈部弯曲主要受力机构，其单元属性赋值包括：弹性模量。

6.根据权利要求1所述的一种汽车后面追尾碰撞试验用假人颈部新结构快速等效建模方法，其特征在于：步骤(2.5)所述结构中的弹簧为与刚性杆连接的线性拉压弹簧，并且所述的弹簧的属性不一致，模拟不同颈椎之间弯曲特性的差异。

7.根据权利要求1所述的一种汽车后面追尾碰撞试验用假人颈部新结构快速等效建模方法，其特征在于：初始化乘员颈部有限元模型，输入颈部弯矩、颈部枕骨力矩及D平面转角曲线，赋值给颈椎单元，其曲线由碰撞模拟仿真实验或乘员颈部后碰实验、后处理等方式获得。