[發明專利]汽車追尾碰撞試驗用假人頸部新結構快速等效建模方法

在審

• 申請號: 201810971772.8
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN109255166A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 徐濤;劉歡;吉野辰萌;李云;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;G16H50/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種汽車追尾碰撞試驗用假人頸部新結構快速等效建模方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)構建頸部簡化模型：

(1.1)利用醫學CT及MRI掃描數據，掃描處理得到頸椎結構輪廓及質量，將頸椎輪廓進行簡化設計，建立頸椎幾何模型；

(1.2)利用醫學CT及MRI掃描數據，掃描處理得到頸部外形輪廓及質量，頸部皮膚、肌肉等利用彈性橡膠材料代替，基于頸椎結構的設計，將其注塑成頸部外形輪廓結構，建立頸部表面幾何結構；

(1.3)在所述幾何結構的基礎上，根據力學受力分析及等效原理，按照汽車追尾碰撞過程中頸部的運動狀態，對頸椎內部組織進行等效建模，以模擬頸部彎曲特性；

(1.4)利用所述結構，生成模擬假人頸部結構的有限元模型；

(2)對頸部簡化模型進行結構優化設計：

(2.1)基于鞭打試驗準則，建立頸部簡化模型優化設計分析工況；

(2.2)對頸部簡化模型中主要受力部位，設置材料屬性，作為優化初始參數；

(2.3)利用靈敏度分析原理，選取上述頸部簡化模型主要受力部位的材料參數作為設計變量，將頸部彎矩、頸部枕骨力矩及D平面轉角作為優化目標，進行優化設計，得到使所述頸部結構最能真實模擬人體頸部力學特性的最優材料參數，并以此建立頸部最優有限元模型。

2.根據權利要求1所述的一種汽車后面追尾碰撞試驗用假人頸部新結構快速等效建模方法，其特征在于：等效簡化的頸部建模步驟包括：

(2.1)用等截面的環形圓盤模擬椎骨中的寰椎和頸椎；

(2.2)寰椎用一個環形圓盤模擬，簡化的寰椎與實際人體寰椎質量相同，寰椎與假人頭部通過鉸鏈連接，并且鉸鏈通過剛性梁與寰椎結構相連；

(2.3)除寰椎外的另外六塊頸椎，簡化為三塊，根據權利要求(1.1)中所述的各頸椎質量，每塊簡化頸椎結構依次代表人體的兩塊頸椎，其質量也依次進行分配，并且在頸椎后側頂端及前側底端設置鉸接固定端；

(2.4)寰椎與頸椎通過模擬皮膚肌肉的橡膠材料連接；

(2.5)兩頸椎之間通過剛性梁連接，所述的剛性梁中間加入剛性固定塊，剛性塊中設置鉸鏈，用以與線性彈簧轉動機構進行連接；

(2.5)上述線性彈簧轉動機構，其特征在于：線性彈簧兩側與剛性梁連接，剛性梁一端與鉸接固定端進行連接，另一端與剛性塊中鉸鏈連接；

(2.6)最后一塊頸椎鉸鏈設置方式與寰椎相同，用于頸部與假人胸部結構連接；

(2.7)兩兩頸椎之間連接方式相同。

3.根據權利要求1所述的一種汽車后面追尾碰撞試驗用假人頸部新結構快速等效建模方法，其特征在于：步驟(2.2)中對頸部結構的簡化模型，設置材料屬性包括：

(3.1)對建立的頸部皮膚肌肉的簡化模型的體單元屬性賦值；

(3.2)對簡化的寰椎和頸椎結構進行體單元屬性賦值；

(3.3)對線性彈簧進行彈簧單元屬性賦值；

(3.4)對上述的剛性梁單元進行梁單元屬性賦值。

4.根據權利要求1所述的一種汽車后面追尾碰撞試驗用假人頸部新結構快速等效建模方法，其特征在于：步驟(3.1)所述的對建立的頸部皮膚肌肉的簡化模型進行體單元屬性賦值包括：密度、彈性模量和泊松比；材料選用彈性材料。

5.根據權利要求1所述的一種汽車后面追尾碰撞試驗用假人頸部新結構快速等效建模方法，其特征在于：步驟(3.3)中所述的線性彈簧為主要頸部彎曲主要受力機構，其單元屬性賦值包括：彈性模量。

6.根據權利要求1所述的一種汽車后面追尾碰撞試驗用假人頸部新結構快速等效建模方法，其特征在于：步驟(2.5)所述結構中的彈簧為與剛性桿連接的線性拉壓彈簧，并且所述的彈簧的屬性不一致，模擬不同頸椎之間彎曲特性的差異。

7.根據權利要求1所述的一種汽車后面追尾碰撞試驗用假人頸部新結構快速等效建模方法，其特征在于：初始化乘員頸部有限元模型，輸入頸部彎矩、頸部枕骨力矩及D平面轉角曲線，賦值給頸椎單元，其曲線由碰撞模擬仿真實驗或乘員頸部后碰實驗、后處理等方式獲得。