汽车—行人撞击中的人体动力学仿真
【摘要】：
行人保护是汽车安全研究领域的重要问题之一,如何改进汽车的结构参数,最大限度的减小对行人的伤害,是汽车被动安全研究的重要内容之一。而适合的人体模型的建立对此问题的解决起着至关重要的作用。本文介绍了一基于中国人体特征参数而建立的多体系统行人模型,并通过建立汽车模型与汽车-行人碰撞模型,对汽车因外形和结构而产生的安全问题进行了研究。
本文首先采用符合中国人体特征的参数,应用ADAMS软件建立了一个多体系统动力学的行人模型,模拟汽车-行人碰撞过程。在建立模型时对人体作了简化处理,将人体分成了16个部分,分别用刚体形式进行定义。刚体与刚体之间分别使用约束进行连接,以此模拟人体的关节联结。
然后通过此模型模拟不同速度下的汽车-行人碰撞过程,应用PMHS轨迹运动数据进行了验证,并与一次假人碰撞试验进行了对比,结果吻合较好。从而为汽车被动安全的研究,尤其是为改进汽车前部形状以减少行人伤害的研究建立了一种可以信赖的工具。
鉴于汽车安全领域涉及人体碰撞的问题很多不能仅仅考虑使用多体系统动力学来解决问题,还应考虑使用有限元理论,应用柔性体来解决大变形问题和有强烈碰撞的问题。故论文的最后通过有限元软件建立了人体头部模型和汽车发动机罩板,在有限元模型中应用多体系统动力学的数据计算碰撞效果和人体损伤。
可以看出本计算机模型是可以信赖的,它是适合做进一步的研究的。此模型将作为一项研究汽车被动安全和评价人体损伤的有效的工具。
本文的研究工作给行人保护、运动医学以及汽车设计,尤其是汽车外形设计,提供了一些有价值的参考方法。
【关键词】：多体系统 汽车安全 行人 碰撞 有限元 【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U461
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2007.033813
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 第1章 绪论9-15
- 1.1 课题研究的目的和意义9-10
- 1.2 国内外研究现状及分析10-14
- 1.2.1 国内外在行人保护方面所做的研究10-13
- 1.2.2 模拟人的力学和数学模型13-14
- 1.3 本课题研究的内容14-15
- 第2章 汽车－行人碰撞模型的建立15-27
- 2.1 引言15
- 2.2 行人模型的基本参数15-18
- 2.2.1 中国成年人人体尺寸数据库15
- 2.2.2 人体模型各环节尺寸基本参数15-18
- 2.3 行人模型运动关节的建立18-23
- 2.4 行人－汽车－环境之间的联系23-26
- 2.5 本章小结26-27
- 第3章 行人模型验证及碰撞仿真27-34
- 3.1 引言27
- 3.2 运动生物力学测试27-28
- 3.3 计算机模型运动轨迹比较及运动仿真28-30
- 3.3.1 计算机仿真模型与PMHS实验数据比较28-30
- 3.3.2 头部伤害评价30
- 3.4 计算机仿真模型与假人碰撞实验对比30-32
- 3.5 缺点与不足32
- 3.6 本章小结32-34
- 第4章 人体头部有限元碰撞模型的建立34-49
- 4.1 引言34
- 4.2 有限元碰撞模型34-36
- 4.2.1 人体头部模型34-35
- 4.2.2 发动机车盖模型35-36
- 4.3 初始条件的定义36-38
- 4.3.1 速度条件36-37
- 4.3.2 边界条件37
- 4.3.3 材料37-38
- 4.4 模型仿真与结果分析38-48
- 4.4.1 拉格朗日求解器38-40
- 4.4.2 欧拉方法40-43
- 4.4.3 欧拉－拉格朗日耦合43-44
- 4.4.4 汽车发动机罩板碰撞效果分析44-47
- 4.4.5 头部碰撞效果分析47-48
- 4.5 本章小结48-49
- 结论49-51
- 参考文献51-55
- 攻读硕士学位期间所发表的学术论文55-57
- 致谢57
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