[發明專利]一種偏置碰工況下假人胸部簡化模型設計方法

在審

• 申請號: 201711029273.9
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107798193A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 梁平;徐濤;吉野辰萌;閆磊;丁傲
• 申請（專利權）人: 天津璦睿賽福科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種偏置碰工況下假人胸部簡化模型設計方法，屬于汽車碰撞安全領域。

背景技術

人體胸部損傷在車輛交通事故中的發生非常普遍，研究表明在車輛交通事故中胸腹部損傷發生率高于45％，僅次于顱腦損傷。根據簡明創傷定級標準(abbreviated injury scale，AIS)，胸部損傷在所有損傷中AIS 1～2級占12％，AIS 3～6級占29％，是造成死亡與傷殘的主要原因之一。肋骨骨折是最常見的胸部損傷類型。人體胸部結構復雜，內部包含了心、肺、肝、脾、腎等重要內臟器官，而人體胸腔則起到保護這些重要器官的關鍵作用。

發明內容

本發明的目的是提升汽車安全性能分析效率，解決了正碰與側碰兩種極端碰撞工況下假人胸部結構存在差異問題。提供一種偏置碰工況下假人胸部簡化模型設計方法，該方法可用于任意角度碰撞下汽車安全性能研究，同時計算耗時少，分析效率高。

其技術方案為：

提出了一種偏置碰工況下假人胸部簡化模型設計方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)、力學等效化處理人體胸部主要吸能結構；

根據汽車偏置碰工況，用一根位于沖擊方向平面內的曲梁結構等效模擬人體肋骨結構，肋骨尺寸采用人體胸部中間肋骨尺寸。用一個等效集中質量塊模擬人體胸腔內軟組織集中質量，質量塊位于人體胸腔幾何中心處。

(2)、人體胸部非關鍵結構簡化處理；

根據汽車碰撞過程中人體胸部結構中非關鍵吸能結構特點。采用等截面的矩形剛板結構簡化模擬人體脊柱結構。采用醫學影像處理技術，選用彈性材料簡化模擬人體皮膚肌肉外輪廓結構幾何結構。

(3)、建立人體胸部完整結構；

在肋骨、脊柱、集中質量塊之間建立連接，肋骨結構鉸接于脊柱結構，按照受力情況，在質量塊與肋骨非沖擊側、質量塊與及脊柱結構之間分別采用拉伸與扭轉組合彈簧連接。在沖擊方向上布置一根拉伸彈簧(與人體正面夾角為θ)建立肋骨與質量塊的連接。

(4)、建立人體胸部有限元初始模型；

運用CAE分析軟件，對上述的人體胸部完整結構進行單元離化處理。賦予胸部結構材料屬性，設定邊界條件等。生成偏置碰工況人體胸部有限元初始模型。

(5)、胸部有限元模型優化；

(5.1)、以假人正碰與側碰標定試驗為分析工況，搭建胸部初始模型優化分析平臺；

(5.2)、基于響應面法，以假人正碰與側碰標定試驗為約束條件，以曲梁、彈簧結構參數為設計變量，以假人胸部標定試驗中肋骨位移、擺錘力法規指標為優化目標，建立乘員胸部偏置碰結構優化代理模型；

(5.3)、選取優化算法，求解以上多目標優化問題，生成偏置碰工況下假人胸部簡化模型。

2.根據權利要求1所述的一種偏置碰工況下假人胸部簡化模型設計方法，其特征在于：步驟(4)建立人體胸部有限元初始模型，賦予胸部結構材料屬性包括：

(2.1)、對等效化的肋骨結構進行梁單元屬性賦值；

(2.2)、對建立的胸部皮膚肌肉等軟組織結構進行殼單元屬性賦值；

(2.3)、對等效化的脊柱結構進行體單元屬性賦值；

(2.4)、將胸腔內部組織結構質量集中于人體胸腔幾何中心處，對胸腔內部集中質量塊進行體單元屬性賦值；

(2.5)、對肋骨截面上彈簧結構進行彈簧單元屬性賦值；

3.根據權利要求1所述的一種偏置碰工況下假人胸部簡化模型設計方法，其特征在于：步驟(3)所述結構中涉及的沖擊方向上拉伸彈簧與人體正面夾角θ取值范圍為0°～90°。

4.根據權利要求1至3中任意一項所述的一種偏置碰工況下假人胸部簡化模型設計方法，其特征在于：步驟還包括：

初始化乘員胸部有限元模型，輸入肋骨結構力-位移曲線和力-速度曲線，賦值給梁單元，其中力-位移曲線和力-速度曲線由碰撞模擬仿真實驗或乘員胸部偏置碰實驗、理論推導方式獲得，從而獲取肋骨加速度及胸部壓縮量分布。

本發明的有益效果為：本發明基于力學等效的思想提出了一種偏置碰工況下假人胸部簡化模型設計方法。基于交通事故中駕駛員胸部肋骨變形機理及變形形式，引入梁和一系列組合彈簧對胸部肋骨、皮膚、脊柱和人體內部結構進行合理等效簡化，在滿足胸部模型的動力學響應前提下，有效提高了計算效率，大大減少了計算時間。

附圖說明

圖1為本發明的流程示意圖；

圖2為駕駛員胸部肋骨簡化模型截面示意圖；

圖3為駕駛員胸部肋骨簡化模型整體正面示意圖；