[發(fā)明專利]汽車正面碰撞測試假人頭部新結(jié)構(gòu)快速等效建模方法

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• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN109033703A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐濤;劉歡;謝書港;吉野辰萌;丁傲
• 申請（專利權(quán)）人: 天津璦睿賽福科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
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1.一種汽車正面碰撞測試假人頭部新結(jié)構(gòu)快速等效建模方法，其特征在于，所述方法包括：(1)構(gòu)建頭部簡化模型

(1.1)利用醫(yī)學(xué)CT及MRI掃描人體頭部數(shù)據(jù)，得到頭骨結(jié)構(gòu)輪廓及質(zhì)量，建立具有頭骨輪廓的幾何模型。

(1.2)利用醫(yī)學(xué)CT及MRI掃描人體頭部數(shù)據(jù)，得到頭部內(nèi)到大腦、小腦和腦干等三個主要部位的質(zhì)量。

(1.3)頭部皮膚、肌肉等用彈性橡膠材料代替，對頭部的主要碰撞受力位置，基于頭骨結(jié)構(gòu)的設(shè)計，將其注塑成頭部外形輪廓，建立頭部表面幾何結(jié)構(gòu)。

(1.4)在所述的幾何結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)力學(xué)受力分析及等效原理，按照汽車正面碰撞過程中頭部的運動及受力狀況，對頭骨內(nèi)腦組織進(jìn)行等效建模，模擬頭部內(nèi)組織的生物力學(xué)特性。

(1.5)利用所述結(jié)構(gòu)，生成模擬假人頭部結(jié)構(gòu)的有限元模型。

(2)對頭部簡化模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

(2.1)基于頭部標(biāo)定試驗準(zhǔn)則，建立頭部簡化模型優(yōu)化設(shè)計分析工況。

(2.2)對頭部簡化模型中的主要受力部位，設(shè)置材料屬性，作為優(yōu)化初始參數(shù)。

(2.3)利用靈敏度分析原理，選取上述頭部簡化模型主要受力部位的材料參數(shù)作為設(shè)計變量，將頭部合成加速度、頭部橫向加速度及單一峰值作為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，得到使所述頭部結(jié)構(gòu)力學(xué)特性仿真度最高的最優(yōu)材料參數(shù)，并以此建立頭部最優(yōu)有限元模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車正面碰撞測試假人頭部新結(jié)構(gòu)快速等效建模方法，其特征在于：碰撞假人頭部結(jié)構(gòu)的等效簡化初始模型建立具體步驟包括：

(2.1)對掃描的頭骨輪廓模型進(jìn)行修正，將頭骨中的眼部輪廓、鼻骨、牙齒和下頜骨等部位結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，將其修正為連續(xù)封閉的頭骨輪廓。

(2.2)根據(jù)掃描的腦組織質(zhì)量數(shù)據(jù)，確定大腦、小腦和腦干的質(zhì)心位置。

(2.3)將大腦、小腦和腦干等主要組織結(jié)構(gòu)等效簡化為相同質(zhì)量的質(zhì)量塊，其位置分別與各自質(zhì)心位置重合，同時，三者共同確定的質(zhì)心與頭部質(zhì)心位置重合。

(2.4)上述質(zhì)量塊間是通過拉扭組合彈簧及支撐梁進(jìn)行連接。

(2.5)步驟(2.3)所述的頭部質(zhì)心位置通過支撐橫梁和直角支撐梁來共同確定，其中直角支撐梁嵌套在支撐橫梁上，并可相對支撐橫梁相對轉(zhuǎn)動。

(2.6)頭部前額部位為碰撞過程中的主要沖擊位置，為保證頭部內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在保證力學(xué)特性不變的情況下，與前額相連處設(shè)置兩組拉扭組合彈簧。

(2.7)所述的頭部上部為主要受力部位，故將頭部皮膚進(jìn)行簡化，只在所建立的頭骨模型上部建立皮膚肌肉橡膠材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車正面碰撞測試假人頭部新結(jié)構(gòu)快速等效建模方法，其特征在于：步驟(2.2)中對頭部結(jié)構(gòu)的簡化模型，設(shè)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)對簡化的頭骨結(jié)構(gòu)進(jìn)行體單元屬性賦值。

(3.3)對拉扭組合彈簧進(jìn)行彈簧單元屬性賦值。

(3.4)對上述的剛性梁單元進(jìn)行梁單元屬性賦值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車正面碰撞測試假人頭部新結(jié)構(gòu)快速等效建模方法，其特征在于：步驟(3.1)所述的對建立的頭部皮膚肌肉的簡化模型進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車正面碰撞測試假人頭部新結(jié)構(gòu)快速等效建模方法，其特征在于：步驟(3.3)中所述的拉扭組合彈簧為頭部內(nèi)部組織主要受力機(jī)構(gòu)，其單元屬性賦值包括：彈性模量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車正面碰撞測試假人頭部新結(jié)構(gòu)快速等效建模方法，其特征在于：步驟(2.4)所述結(jié)構(gòu)中所述結(jié)構(gòu)中涉及的拉壓彈簧為非線性拉壓彈簧，扭轉(zhuǎn)彈簧為非線性扭轉(zhuǎn)彈簧。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車正面碰撞測試假人頭部新結(jié)構(gòu)快速等效建模方法，其特征在于：初始化乘員頭部有限元模型，輸入頭部合成加速度、頭部橫向加速度及單一峰值，賦值給頭部梁單元，其曲線由碰撞模擬仿真實驗或乘員頭部標(biāo)定實驗、后處理等方式獲得。