基于摩托車事故重建的頭盔損傷防護(hù)性能研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，兩輪摩托車（簡(jiǎn)稱摩托車）已經(jīng)成為城鄉(xiāng)居民最普遍的出行方式，而混合交通方式的存在加劇了摩托車事故發(fā)生幾率，根據(jù)2000～2008年我國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)的數(shù)據(jù)，我國(guó)每年因摩托車事故導(dǎo)致的死亡人數(shù)多達(dá)1.8萬(wàn)～2.1萬(wàn)，占交通事故死亡總數(shù)的15.8-21％，并且呈上升趨勢(shì)。在摩托車交通事故中，騎車人常常由于頭部受到撞擊而導(dǎo)致重傷甚至傷亡，頭盔的運(yùn)用能夠有效減小這一傷害，但惡劣的頭盔質(zhì)量和佩戴率低帶來(lái)的問(wèn)題嚴(yán)重威脅了駕乘人員

2、的人身安全，由此本文利用有限元的方法研究頭盔在碰撞中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及其對(duì)頭部的損傷防護(hù)性能，以利于研究開(kāi)發(fā)更安全的頭盔和減少騎車人頭部損傷風(fēng)險(xiǎn)。
　　 在交通安全研究工作中，深刻理解摩托車事故成因和機(jī)理的基礎(chǔ)在于開(kāi)展全面、詳細(xì)、深入、真實(shí)的交通事故調(diào)查，作者先后在長(zhǎng)沙和佛山地區(qū)參與了道路交通事故的調(diào)查工作（(I)(V)AC數(shù)據(jù)庫(kù)和CIDAS數(shù)據(jù)庫(kù)），通過(guò)分析調(diào)查所采集的摩托車轎車碰撞事故數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，摩托車駕乘人員頭部傷是主要的致傷形式

3、，對(duì)騎車人頭部保護(hù)的研究具有重要的意義。
　　 首先，本文在全面了解摩托車事故案情特點(diǎn)、頭部損傷生物力學(xué)和頭部損傷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等理論的基礎(chǔ)上，選取了數(shù)據(jù)比較全面、碰撞形式比較典型的十起摩托車-轎車事故，利用MADYMO和PC-CRASH重建了該十起真實(shí)的摩托車-轎車事故，通過(guò)建立有效的摩托車多體模型和轎車模型，模擬分析了事故中假人的運(yùn)動(dòng)軌跡、頭部碰撞速度和碰撞角度。其次，建立了一款真實(shí)的摩托車頭盔有限元模型，尤其是對(duì)頭盔外殼GRP材

4、料和內(nèi)襯EPS材料性能和進(jìn)行了虛擬仿真分析，頭盔模型通過(guò)歐洲ECER22.05法規(guī)的驗(yàn)證。再次，結(jié)合湖南大學(xué)人體顱腦有限元模型（HUN-HBM-Head）和轎車風(fēng)擋玻璃模型，模擬了騎車人頭部碰撞時(shí)刻的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)過(guò)程，研究了顱腦的損傷機(jī)理及相關(guān)生物力學(xué)參數(shù)。最后，在佩戴頭盔的情況下，模擬了十起案例中的頭部碰撞，以頭部損傷參數(shù)為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，分析了頭盔的保護(hù)性能和防護(hù)效率。借助先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化算法，以最小顱腦損傷參數(shù)值為目標(biāo)（HIC、v

5、on Mises應(yīng)力、顱內(nèi)壓力、剪切應(yīng)力），針對(duì)頭盔設(shè)計(jì)的材料、屬性等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析。優(yōu)化后的頭盔有效的減小了損傷值，加大了頭盔的防護(hù)效率，能夠有效的減小騎車人頭部受傷風(fēng)險(xiǎn)。
　　 多體動(dòng)力學(xué)模型重建結(jié)果表明頭部碰撞速度與轎車碰撞速度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.882，與摩托車碰撞速度呈負(fù)相關(guān)。有限元分析結(jié)果表明，碰撞中騎車人腦應(yīng)力的大小和分布與真實(shí)事故中騎車人的受傷情況吻合度較高，在佩戴頭盔的情況下，碰撞速度越高，防護(hù)效率