正面100%重叠刚性壁障碰撞试验仿真中三岁儿童乘员的损伤评价

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.03.013

摘要/Abstract

摘要：

本文中应用已验证的具有详细解剖学结构的国人三岁儿童乘员生物力学模型，根据C-NCAP（2021版）要求，建立正面100%重叠刚性壁障碰撞试验模型进行仿真，以对比三岁儿童乘员在不同约束系统中头部、胸部的运动学和生物力学响应，对汽车碰撞中三岁儿童乘员保护进行分析评估。结果表明：使用安全带能大概率降低儿童乘员在汽车碰撞中遭受损伤的风险，五点式安全带对三岁儿童乘员的保护性能优于三点式安全带。应用具有高生物仿真度的儿童乘员生物力学模型，能应用生物力学评价参数对儿童乘员损伤机理进行深度分析，进而对儿童保护装置和试验车型进行全方位多层次的评估。

关键词: 100%重叠刚性壁障碰撞试验, 儿童乘员, 有限元仿真, 儿童约束系统, 损伤评价

Abstract:

According to the requirements of C-NCAP （2021 version）， the validated biomechanical model of Chinese three-year-old child occupant with detailed anatomical structure is used to establish a model for frontal 100% overlap rigid barrier crash test with a simulation conducted so as to compare the kinematic and biomechanical responses of three-year-old child occupant’s head and chest in different restraint systems in this paper. The results show that the use of safety seat belts can reduce the injury risks of child occupants in vehicle crash with high probability， the five-point seat belt has better child protection performance than three-point seat belt， and the application of biomechanical model for three-year-old child occupant with good bio-fidelity can use biomechanical evaluation parameters to analyze in-depth the injury mechanism of child occupant and hence to conduct all-around and multi-layer assessment on child protection devices and tested vehicle model.

Key words: 100% overlap rigid barrier crash test, child occupant, finite element simulation, child restraint system, injury assessment

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响应类型	损伤评价指标	无约束	三点式	五点式	阈值
运动学响应	HIC₁₅	1 541	360	281	高性能限值500 低性能限值700
	头部累积3ms合成加速度/g	120	58	54	高性能限值60g 低性能限值80g
	BrIC	1.56	1.60	1.31
	胸部累积3ms合成加速度/g	159	44	62	高性能限值41g 低性能限值55g
	胸部最大变形量/mm	40	27	16	40 mm
	胸部最大压缩比	35%	23%	14%	35%
生物力学响应	脑组织Von Mises应力/kPa	14	8	7	6-11 kPa，脑挫伤大于15 kPa，轻微脑震荡大于38 kPa，重度脑损伤^［17］
	脑组织颅内压/kPa	515	221	177	大于173 kPa，中度脑损伤大于235 kPa，致命脑损伤^［18］
	脑组织剪切应力/kPa	16	9	8	6 kPa，25%出现轻度脑损伤 7.8 kPa，50%出现轻度脑损伤 10 kPa，80%出现轻度脑损伤 25 kPa，100%出现中度脑损伤^［19］
	肺脏第一主应变	39%	37%	18%	35%^［20］
	心脏第一主应变	46%	13%	11%	30%^［21］

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