儿童头部损伤机理及其在汽车侧撞中防护方法研究

摘要

侧面碰撞是造成儿童乘员伤亡的重要原因之一，碰撞中儿童乘员头部是损伤最严重的部位。然而，由于缺乏儿童头部的材料属性数据，儿童乘员在侧撞中的损伤研究存在着一定的困难。此外，目前针对单一年龄匹配的儿童约束系统参数也不能保证对其他年龄的儿童乘员起到最佳的保护效果。因此，获取儿童头部的材料属性，并提高侧撞中儿童约束系统对不同年龄儿童乘员的防护效果成为目前研究的热点问题。
　　首先，研究了儿童头部的损伤机理，并对不同年龄儿童颅骨损伤实验和动物颅骨实验结果进行了对比分析。其次，基于一款内置式儿童安全座椅，采用多刚体-有限元耦合方法建立了侧面碰撞6岁儿童假人约束系统的仿真模型，并利用台车碰撞试验数据验证了模型的精度。再次，通过约束系统参数灵敏度分析选取了在侧撞中对儿童乘员头部损伤影响较大的三个因素（座椅扶手高度、侧翼刚度缩放因子和侧翼倾角）作为优化变量，以头部和胸部合成加速度峰值为优化目标，分别对儿童约束系统保护3、6、10岁儿童乘员的效果进行了优化。然后，基于3岁、6岁和10岁三个年龄段儿童乘员的最优设计参数，提出了针对具有不同身高体重的儿童乘员的约束参数自适应控制策略。最后，针对三点式安全带的局限性，建立了“X”型四点式安全带模型，对比了三点式与四点式安全带的保护效果，并分析了约束参数对四点式安全带保护儿童乘员头部效果的影响。
　　研究结果表明：儿童头部材料属性的获取可以从对颅骨的研究展开，而对颅的研究需要加强与临床医疗机构合作，并需要找到合适的动物颅骨代替人体进行生物力学实验；通过分别对侧撞中3、6、10岁儿童乘员保护效果的优化，能使不同年龄的儿童乘员均得到较好的保护，约束系统自适应控制策略的防护设计可以为多数儿童提供有效保护；四点式安全带的仿真结果表明，无侧翼情况下四点式比三点式安全带有更好的保护效果，通过对约束系统参数进行优化组合，能为儿童乘员头部提供好的保护效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 儿童约束系统简介

1.3 侧面碰撞中儿童乘员头部损伤防护方法研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 儿童头部损伤机理及生物力学实验研究

2.1 引言

2.2 儿童头部损伤机理

2.3 儿童颅骨损伤实验研究

2.4 动物颅骨损伤实验研究

2.5 动物与人体颅骨之间的年龄对应关系

2.6 儿童及动物颅骨实验研究结果分析

2.7 本章小结

第3章 基于头部防护的儿童约束系统建模与验证

3.1 引言

3.2 建模方法的选择

3.3 基于头部防护的内置式儿童约束系统仿真模型建立

3.4 基于头部防护的内置式儿童约束系统台车试验

3.5 基于头部防护的内置式儿童约束系统仿真模型验证

3.6 本章小结

第4章 汽车侧撞中儿童乘员头部损伤防护方法研究

4.1 引言

4.2 仿真模型的改进

4.3 基于儿童乘员头部防护的约束系统参数灵敏度分析

4.4 针对儿童乘员头部防护的多目标优化计算

4.5 多目标优化结果及分析

4.6 基于儿童乘员头部防护的自适应控制策略

4.7 本章小结

第5章 新型四点式安全带对儿童乘员头部防护效果的研究

5.1 引言

5.2 四点式与三点式安全带防护效果对比

5.3 四点式安全带模型参数的影响研究

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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