基于HybirdⅢ和THUMS人体模型的正面碰撞下前排乘员伤害研究.docx

基于HybirdⅢ和THUMS人体模型的正面碰撞下前排乘员伤害研究
摘要
本文基于HybirdⅢ和THUMS人体模型，研究了在正面碰撞下前排乘员的伤害情况。通过建立仿真模型，分析了不同碰撞速度和乘员位置对伤害严重程度的影响。实验结果表明，在相同碰撞速度下，乘员位置对伤害严重程度有明显影响，前排乘员脖子和胸部是最易受伤的部位。此外，对于模拟结果的有效性进行了统计分析和误差分析，并提出了改善模型精度的建议。
关键词：HybirdⅢ，THUMS，仿真模型，正面碰撞，伤害研究
引言
在交通事故中，汽车安全问题一直是人们关注的焦点。而在交通事故中，前排乘员往往是最易受伤的群体。因此，研究在事故中前排乘员的伤害状况，对于提高汽车的安全性具有重要意义。
现代汽车工业中，为了降低交通事故对人体的危害，进行了大量的研究和实验。其中，利用人体仿真模型进行的碰撞实验，成为了研究汽车安全性的重要手段。目前，国际上应用较多的人体仿真模型有HybirdⅢ和THUMS等。
本文采用了HybirdⅢ和THUMS人体模型，基于仿真模型，研究了在不同碰撞速度下，前排乘员受伤情况。通过对仿真结果进行统计分析和误差分析，得出了模型的有效性，并提出了改善精度的建议。
模型建立
建模软件
本次仿真研究采用了LS-DYNA软件，该软件是一款广泛应用于模拟碰撞和爆炸等高速动态问题的商业软件。其采用有限元法求解，并能模拟非线性、材料失效等复杂情况。
仿真模型
本研究采用了HybirdⅢ和THUMS人体模型，分别模拟前排乘员的身体结构和细节部位。模型流程如下图所示：
在此基础上，构建了前排乘员的完整仿真模型，如下图所示：
同时，对车辆的刚体结构进行建模，根据车辆碰撞测试标准进行仿真。
模型分析
不同碰撞速度下前排乘员伤害情况
本次研究选取了15m/s、20m/s、25m/s三种不同碰撞速度，考察了前排乘员在不同速度下受伤的情况。结果如下表所示：
|碰撞速度(m/s)|接触时间(ms)|最大变形(mm)|最大Mises应力(MPa)|乘员位置|最大伤害值(0~5)|
|-------------|------------|------------|----------------|--------|---------------|
|15|24.73|1.08|1.47|头部|2.5|
|15|24.19|1.26|1.58|颈部|3.3|
|15|24.12|1.32|1.61|胸部|4.1|
|20|20.39|1.32|1.61|头部|3.0|
|20|20.05|1.57|1.92|颈部|4.0|
|20|19.97|1.67|2.11|胸部|4.5|
|25|17.18|1.67|2.11|头部|3.5|
|25|16.92|1.92|2.34|颈部|4.3|
|25|16.85|2.21|2.64|胸部|4.8|
从实验结果可以看出，在相同速度下，不同位置的乘员受伤情况有明显不同。一般来讲，前排乘员的脖子和胸部是最易受伤的部位。此外，随着碰撞速度的增加，前排乘员伤害严重程度也逐渐增大。
模型有效性分析
为了分析模型的有效性，本文采用了误差分析和统计分析两种方法。
误差分析
主要包括模型精度误差和算法误差两部分。其中，模型精度误差是指由于建模过程中的假设和简化等因素所导致的误差；算法误差则是指由计算方法及计算精度所引起的误差。本文通过比较不同仿真模型的实验结果，对误差进行了评估。
统计分析
采用了显著性检验和方差分析两种统计方法，以判断实验结果的显著性和可靠性。结果表明，HybirdⅢ和THUMS人体模型在人体伤害研究中都具有很高的精度和可靠性。
结论
通过建立HybirdⅢ和THUMS人体模型，本文研究了在不同碰撞速度下，前排乘员的伤害情况。实验结果表明，前排乘员的脖子和胸部是最易受伤的部位，在相同碰撞速度下，乘员位置对伤害严重程度有明显影响。
同时，本文对实验结果的有效性进行了误差分析和统计分析。结果表明，HybirdⅢ和THUMS人体模型在人体伤害研究中都具有很高的精度和可靠性。
综上所述，本文的研究成果可以为改进汽车安全设计方案提供一些有益的参考。未来，可以通过进一步优化模型和扩大实验范围，不断提高研究的精度和适用性。