人车碰撞中行人头部安全防护研究

论文摘要

汽车给人类生活带来方便的同时也给人类的生命财产安全带来了巨大威胁,近年来,随着我国汽车保有量的不断增加,行人与汽车碰撞事故也显著增加。行人作为道路使用中的弱势群体极易受到伤害,在众多伤害中最致命的头部损伤占有较大比例。大量资料显示,汽车引擎罩是造成行人头部损伤的主要部件。因此,提高汽车引擎罩的行人头部防护性能具有重要意义。本文的研究工作主要包括：首先,根据EEVC行人保护法规的要求,建立了行人头部撞击器的有限元模型,并对模型进行了有效性验证,结果表明所建的头部撞击器模型的加速度性能完全符合法规的要求,可以用于后续的研究。其次,在行人头部撞击器有限元模型的基础上,建立了行人头部与汽车引擎罩碰撞的仿真模型。并在此模型基础上,研究了汽车引擎罩外板厚度、内板厚度、倾斜角度、碰撞位置及引擎罩材料等因素的变化对行人头部损伤的影响规律,然后通过正交实验设计,分析了引擎罩各参数对行人头部损伤影响的显著性。最后,应用HyperStudy软件,以引擎罩内板厚度、外板厚度、倾斜角度及引擎罩材料的屈服强度作为设计变量,基于多项式响应面法、移动最小二乘法及Kriging法构建了行人头部与汽车引擎罩碰撞的代理模型。分析了各代理模型的拟合精度与预测精度,并进行了有效性验证。经综合比较选出了最理想的代理模型,并用此代理模型对引擎罩进行了参数优化,结果表明优化后的引擎罩对行人头部防护性能有了很大的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 行人保护法规及行人保护研究方法
• 1.3.1 行人保护法规
• 1.3.2 行人保护研究方法
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 头部损伤生物力学及显式非线性有限元理论
• 2.1 头部损伤生物力学
• 2.1.1 损伤生物力学基本理论
• 2.1.2 头部损伤机理
• 2.1.3 头部耐受限度与损伤评价指标
• 2.2 显式非线性有限元理论
• 2.2.1 几何非线性
• 2.2.2 材料非线性
• 2.2.3 显式积分算法
• 2.2.4 接触算法
• 2.3 本章小结
• 第3章 成人头部撞击器有限元模型的建立及验证
• 3.1 EEVC成人头部撞击器模型简介
• 3.1.1 EEVC子系统试验介绍
• 3.1.2 EEVC头部撞击器介绍
• 3.2 头部撞击器有限元模型的建立
• 3.2.1 基础模型的建立
• 3.2.2 单元和材料类型的选取
• 3.2.3 接触类型选取
• 3.3 头部撞击器有限元模型的有效性验证
• 3.3.1 头部撞击器模型有效性验证的要求
• 3.3.2 头部模型的有效性验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 人车碰撞中行人头部损伤影响因素分析
• 4.1 行人与汽车碰撞仿真分析概述
• 4.1.1 分析流程
• 4.1.2 初始仿真模型的建立
• 4.1.3 碰撞过程分析
• 4.1.4 碰撞过程能量分析
• 4.1.5 初始模型的行人头部损伤评价指标分析
• 4.2 汽车引擎罩参数分析
• 4.2.1 外板厚度变化对头部损伤的影响
• 4.2.2 内板厚度变化对头部损伤的影响
• 4.2.3 引擎罩不同倾斜角度对头部损伤的影响
• 4.2.4 不同内外板材料对头部损伤的影响
• 4.2.5 不同碰撞位置对头部损伤的影响
• 4.3 引擎罩参数对行人头部损伤影响的显著性分析
• 4.3.1 正交实验设计简介
• 4.3.2 对引擎罩参数的正交实验设计
• 4.3.3 引擎罩各参数的显著性分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于行人头部防护的汽车引擎罩参数优化
• 5.1 代理模型的建立过程
• 5.1.1 定义优化问题
• 5.1.2 选取合理的实验设计方法（DOE）
• 5.1.3 代理模型构造方法
• 5.2 行人头部与铝合金汽车引擎罩碰撞代理模型的建立
• 5.2.1 多项式响应面模型
• 5.2.2 移动最小二乘法模型
• 5.2.3 Kriging模型
• 5.2.4 代理模型的有效性验证
• 5.3 行人头部与钢质汽车引擎罩碰撞代理模型的建立
• 5.3.1 多项式响应面模型
• 5.3.2 移动最小二乘法模型
• 5.3.3 Kriging模型
• 5.3.4 代理模型的有效性检验
• 5.4 引擎罩参数优化综合分析
• 5.4.1 以HIC≤1000为约束条件的引擎罩参数优化
• 5.4.2 在初始模型碰撞深度下的引擎罩参数优化
• 5.4.3 以碰撞深度≤60mm为约束条件的引擎罩参数优化
• 5.4.4 主被动安全防护措施的结合
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢