基于头型冲击器的行人头部保护研究及其局限性探讨

摘要

随着汽车保有量的日益增加，交通事故也日益频繁，行人作为交通事故的绝对弱势群体，生命面临着严重的威胁，因此行人保护成为了目前世界范围内的一个研究热点和难点。许多发达国家针对行人保护做出了许多研究工作并取得了卓有成效的进展，中国近些年来也越来越重视这方面的研究，并且制定了专门的法规。本文以某款常见的微型车辆为研究背景，系统地分析了它的头部保护性能，并在此基础上提出基于行人头部保护的友好车身设计理念，用于指导车身的设计。
　　本文作者利用有限元软件LS_DYNA和隐式全参数化软件SFE CONCEPT建立了某款微型车辆前部以及儿童头部冲击器的有限元模型。然后详细介绍了头部试验区域的手动和自动划分方法，并在头部试验区域选择典型的碰撞点进行试验和仿真。为了保证仿真模型的精度，还专门对仿真值和试验值进行了对比，接着结合试验数据和仿真动画，重点分析了头部的运动轨迹、头部质心加速度曲线、碰撞深度并找出造成头部严重伤害的原因，然后在此基础上提出了基于行人头部保护的车身优化设计理念，并从理论上证明特定情况下前三角形波形加速度对头部保护是最有利的。最后文中根据上述设计理念，借助于SFE CONCEPT软件对车辆的结构进行改型设计，实现对碰撞点处行人头部的保护，从头部损伤值、头部质心加速度、碰撞深度等参数的对比来验证优化效果，保证其满足法规要求。
　　本文还提出了行人保护法规的局限性，进行了车辆同全尺寸假人的碰撞仿真，通过仿真动画来观察假人各部位在碰撞过程中的运动状况以及头部的运动轨迹，并输出了头部质心位置的速度以及加速度曲线，并将其同冲击器结果进行对比分析，为更合理地评价车辆的行人保护性能作参考。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 行人保护相关法规介绍

1.3 行人保护的研究方法

1.4 国内外行人保护研究概况

1.5 本文研究内容及创新点

1.6 本章小结

第2章 头部损伤机理、有限元理论及基本软件介绍

2.1 头部撞击理论

2.1.1 Hertz理论介绍

2.1.2 耦合接触撞击力

2.1.3 头部撞击简化模型

2.2 头部损伤机理及评价指标

2.2.1 头部损伤机理

2.2.2 头部损伤评价指标

2.3 LS-DYNA软件介绍

2.3.1 显式时间积分

2.3.2 沙漏控制和接触算法

2.4 隐式全参数化软件SFE CONCEPT介绍

2.5 本章小结

第3章 行人头部碰撞仿真模型的建立

3.1 头部冲击器模型

3.2 碰撞车辆模型

3.3 建立边界约束

3.4 碰撞区域的确定

3.4.1 头部试验区域基准线的定义

3.4.2 儿童头型试验区域的确定

3.5 本章小结

第4章 儿童头型冲击器碰撞试验及仿真

4.1 儿童头型冲击器碰撞试验

4.1.1 试验准备

4.1.2 试验过程

4.2 碰撞仿真结果的验证及说明

4.2.1 碰撞试验的仿真

4.2.2 仿真精度的验证

4.3 碰撞结果分析

4.4 本章小结

第5章 基于行人头部保护的车辆前部结构改进

5.1 基于头部保护的车辆前部造型设计理念

5.1.1 发动机罩、翼子板的曲面设计

5.1.2 合理的刚度设计

5.1.3 硬点位置或布置形式的最优化

5.2 基于加速度波形优化的行人头部保护设计

5.3 基于行人头部保护的车身结构改进

5.4 本章小结

第6章 人体模型与车辆的碰撞仿真

6.1 全尺寸立姿假人概述

6.2 立姿假人同车辆的碰撞仿真

6.3 假人运动分析

6.3.1 横穿公路的假人被撞运动分析

6.3.2 直行假人被撞运动分析

6.4 本章小结

第7章 全文总结及展望

参考文献

致 谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文