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微型面包车事故的深度调查分析及人员损伤机理研究

李奎  
【摘要】:微型面包车是具有我国特色的“百姓车”,其在农村和经济欠发达地区备受青睐,微型面包车事故发生率也呈逐年上升趋势,而且微型面包车事故往往伤亡严重。本文以微型面包车事故为研究对象,主要目的是通过对微型面包车事故的专项研究,进而探讨微型面包车事故的发生规律、人员损伤机理及损伤风险。本文首先开展了微型面包车事故的深度调查与分析,明确微型面包车事故的发生特点与规律,以及微型面包车事故中的交通伤害特点。其次,根据前期微型面包车事故的深度调查与分析结果,选取事故数据库中最常见的两款微型面包车车型,并根据其实际的尺寸和材料参数构建车辆有限元模型,并通过100%正面碰撞刚性壁的法规实验对其进行验证,经过验证的车辆有限元模型即可用于下一步研究。再次,由于前期的微型面包车事故调查结果显示,微型面包车碰撞行人事故在整个案例数据库中占的比例最大,于是,本文利用THUMS4.0行人有限元模型和前期构建的两款微型面包车FE模型探讨不同碰撞速度和不同碰撞角度下的行人损伤风险和损伤机理。最后,对两起典型微型面包车碰撞事故案例进行分析,并对案例中的人员损伤过程进行重建。主要研究方法和结论:(1)微型面包车事故的深度调查与分析微型面包车事故数据准确而全面的采集对于后续事故分析极其重要,因此,本文在进行事故调查的过程中引入了一些事故数据采集的新方法,以提高数据采集的精度和弥补传统方法的不足。共采集333起微型面包车事故,其中以长安牌微型面包车最多,占总数的82.9%,涉及微型面包车与行人、货车、固定障碍物、普通乘用车、客车及二轮/三轮摩托车碰撞的事故分别占总数的40.8%、14.4%、5.1%、11.1%、8.1%及15.6%。其中微型面包车行人碰撞事故占绝大部分,相对于轿车行人碰撞事故,微型面包车碰撞更易导致头部和胸部损伤,尤其是胸部损伤风险更高。在微型面包车非行人碰撞事故案例中,微型面包车碰撞相容性差是导致事故中人员伤亡严重的主要原因,同时操作不当、车辆性能差、超速超载、道路使用环境差等是导致微型面包车事故发生的最常见原因。(2)微型面包车有限元模型的构建有限元法是道路交通伤研究的重要方法之一,其在预测结构局部应力应变方面具有十分突出的优势,然而有限元模型的构建则是首先需要解决的问题。本节根据前期微型面包车事故的深度调查结果选取两款常见的微型面包车车型,并根据其实际外形尺寸和材料参数构建相应的车辆有限元模型,并通过分析仿真过程和实车碰撞实验中的车辆变形模式、B柱加速度和仿真能量变化来判断所构建的两款微型面包车FE模型的有效性和准确性。最后,通过对比分析可知本节所构建的微型面包车FE模型是可以接受的,其能够用于后续的碰撞仿真分析。(3)微型面包车-行人碰撞分析微型面包车行人碰撞是事故案例中最主要的碰撞类型,本文结合所构建的微型面包车FE模型和日本丰田公司开发的THUMS4.0人体FE模型,探讨在不同碰撞速度(20-50km/h)及不同碰撞角度(侧面0°、侧面45°、侧面90°、侧面135°和侧面180°)下行人在微型面包车碰撞中的动力学响应过程及其损伤机理。结果显示:碰撞速度越高,行人头部、胸部及下肢等损伤风险越高。相同微型面包车在相同碰撞速度和不同碰撞角度下的行人运动响应过程没有明显差别,而不同碰撞速度和车辆前端结构将会导致行人不同的运动响应过程。通过对头部应力分析,微型面包车碰撞导致行人颅底骨折和枕骨大孔骨折的风险较高,不同碰撞角度下行人颅脑损伤风险存在差异。行人侧面90°碰撞时,其胸部、骨盆和下肢损伤风险较高,故行人应避免横穿公路,或尽量避免身体侧面被面包车直接碰撞的可能性。(4)典型微型面包车事故案例分析对两起典型微型面包车事故案例进行分析,一起案例是基于颅脑材料实验的儿童颅脑损伤过程重建,该案例中一名4.5岁的儿童在横穿公路的过程中被一辆微型面包车碰撞致其死亡,该名儿童行人死亡原因和主要损伤为颅脑损伤,首先通过未成年猪的脑组织材料实验结果和儿童行人的真实身高体重信息对THUMS4.0头部有限元模型进行优化,并将优化后的头部模型应用于该案例中儿童颅脑损伤的重建,仿真预测结果和儿童行人的实际损伤结果基本吻合。另一案例是基于监控视频和PMCT对微型面包车碰撞行人事故进行损伤重建,该方法能够准确获取碰撞参数和人体的详细损伤细节,仿真重建结果也能够对案例中行人的实际损伤结果进行预测。


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