[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

说明书

本发明涉及一种汽车追尾试验用碰撞假人颈部新结构快速等效建模方法，属于汽车碰撞安全领域。包括：1.建立颈部简化结构模型。扫描处理得到人体颈部结构及轮廓，生成包括其外形轮廓及椎骨的几何模型；颈部皮肤、肌肉等利用弹性材料代替；据受力分析及等效原理，按照汽车追尾碰撞中颈部的运动状态，对颈椎等效建模，模拟颈部弯曲特性，生成模拟假人颈部结构的等效简化有限元初始模型；2.基于鞭打试验准则，对初始模型进行灵敏度分析，优化计算后获取其颈部等效简化的有限元模型。本设计在保证颈部力学响应准确性的情况下，可简化模型结构，解决计算效率低及难以调节颈部模型参数以尽快达到标定准则的缺陷，为概念设计阶段快速等效建模提供参考。

技术领域

本发明涉及汽车碰撞安全技术领域，特别是涉及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。

背景技术

汽车产业的迅猛发展为人民生活带来了极大的方便，但是随之而来的汽车交通事故也与日俱增，严重危害着人们的生命和财产安全。如何正确评估驾驶员在汽车碰撞过程中受到的伤害程度对提高汽车的安全性意义重大。在汽车碰撞试验中，通过采用碰撞假人来模拟真人承载汽车碰撞过程中的力，加速度，位移等。通过数据采集系统处理后，用来评价车辆对车内乘员的保护性能。颈部损伤在交通事故中比较常见，已成为人体主要损伤形式之一。在全部因交通导致的长期后遗症中，颈部损伤占据了50％。

研究人体颈部损伤特性，需了解人体颈部结构特征及颈部的运动特性。人体颈部由七节颈椎构成，分别记为C1～C7(C1是位于最上部的椎骨，通过枕骨踝与头骨相连)。其中，C1称为寰椎，C2-C7除尺寸外，具有相似的结构特征。在后面追尾碰碰过程中，颈部共经过三个运动过程：(1)碰撞初期头部保持在原位，头部运动滞后于颈部，颈椎上部发生前弯曲，下部产生后弯曲，呈“S”形；(2)当头部接触头枕之后，头部相对头枕反向往前运动，此时头部、颈部都向前运动；(3)向前运动结束后，头继续向前运动，而胸椎此时停止运动，此时颈部呈现反向“S”。对乘员来说，与第(1)阶段相比，第(3)阶段，由于胸腔对安全带约束力的缓冲，并且有更多的脊椎参与到弯曲和伸展运动中，因此弯曲半径较大，脊椎和椎间盘结构的受力较小。

所以，后碰事故中，颈部的损伤主要发生在前两个阶段。

本发明针对颈部运动最易引起受伤的前两阶段，提供了一种新的后面追尾碰撞试验用假人颈部结构设计。

发明内容

本发明的目的是提供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，解决了有限元计算效率低及难以调节颈部模型参数以尽快达到标定准则的缺陷。本发明可以用于汽车后面碰撞颈部动力学研究。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

1.一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，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；