《面向正面碰撞的乘員腰椎生物力學模型與損傷機理》是依託北京林業大學，由唐亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向正面碰撞的乘員腰椎生物力學模型與損傷機理
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：唐亮
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
新一代車型配置了更先進的乘員約束系統，但正面碰撞中腰椎骨折幾率卻逐年增加，其原因在於缺乏腰椎損傷的評價標準和測試手段，腰椎骨折損傷問題至今沒有得到重視與解決。因此本項目擬建立考慮高速碰撞載荷下材料應變率效應、失效準則的腰椎損傷模型，提高人體腰椎模型的碰撞生物力學逼真度。採用該腰椎局部模型，研究碰撞衝擊方向、衝擊速度、接觸摩擦係數、接觸剛度對腰椎生物力學行為的影響，識別出腰椎骨折損傷的最大致傷因子，進而探索正面碰撞中乘員約束系統與腰椎損傷之間的力學關係，以揭示正面碰撞乘員腰椎骨折的損傷機理。結合腰椎損傷機理和參數化人體模型，建立面向不同體徵的乘員約束系統參數最優匹配準則，提出正面碰撞腰椎防護裝置設計理論與最佳化方法。本研究對於揭示正面碰撞腰椎損傷機理和研製新一代車型腰椎防護約束系統，具有重要的科學意義與套用價值。
結題摘要
新一代車型配置了更加先進與安全的乘員約束系統，提供了更好的乘員保護，因此在近年來的交通事故統計中，碰撞事故中乘員頭胸、腹部和腿部等損傷正逐年下降。但是新車正面碰撞中出現的乘員腰椎骨折現象卻比舊車更頻繁，且呈現逐年增加趨勢。由於目前的汽車碰撞試驗法規，尚都沒有腰椎損傷的相關評價標準，現有的碰撞假人也不能預測碰撞中腰椎受傷的風險，因此，建立具有更高生物力學仿真度的人體腰椎有限元模型，研究正面碰撞中乘員腰椎骨折損傷機理，探索正面碰撞中發生腰椎損傷的分析方法，以及防止乘員在正碰中發生腰椎骨折損傷的設計理論，具有重要的理論意義和實用價值。本研究建立並驗證了一個具有更好的生物力學特性的腰椎模型，對改進後的腰椎模型採用Taguchi DOE方法進行了腰椎損傷的參數敏感性分析。結果表明衝擊速度和腰椎損傷之間具有顯著相關性。當衝擊速度控制在定值後，坐墊厚度和腰椎損傷之間顯著相關。提高坐墊厚度的同時，減小坐墊剛度可以減小腰椎損傷風險。降低坐墊和腰椎之間的摩擦係數也能減小腰椎損傷風險。本研究將腰椎有限元模型中的韌帶進行改進，以此來研究韌帶參數（剛度；失效區；鬆弛區；應變率效應）和腰椎曲率對於腰椎損傷的影響。結果表明韌帶參數和腰椎曲率對於腰椎回響的影響很大。因此在有限元仿真中應重視韌帶生物力學行為並保持其完整性，重視腰椎曲率的建模。本研究基於驗證過的車輛駕駛室有限元模型進行參數化模擬，研究中考慮的危險因素包括乘員坐姿、碰撞波形、車輛俯仰角、座椅結構、錨點式預緊器、安全帶動態鎖止器和肩帶限力器。仿真結果顯示，所有降低下潛風險的因素都增加了腰椎軸向力，這表明下潛與腰椎骨折之間存在矛盾關係。座椅結構是決定腰椎受力的最顯著因素(P = 0.001)。碰撞波形的強度、峰值時刻和俯仰角對腰椎軸向力也很重要。此外，與直立姿勢相比，後傾姿態會增加腰椎軸向力。本文為如何減少新一代車輛中乘員腰椎損傷提供了更好的理解。
