汽车碰撞仿真人体模型研究汽车碰撞仿真人体模型研究赵立军,刘涛(哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院,山东威海264209)摘要:以成年男子第50百分位汽车碰撞试验假人为对象,基于CATIA软件建立仿真模型。模型尺寸参数、结构形态和材料具有仿生特性;重量分布、关节活动、骨骼功能符合人体特征,具有较高的力学等效性;模型具有精确的数据测量性,满足汽车碰撞试验模拟的要求。关键词:碰撞试验;仿真模型;仿生性:U461.91;U467.1+4文献标识码:A:1006-0006(2022)04-0001-02ResearchonMannequinSimulatingAutomobileCollisionZHAOLi2jun,LIUTao(HarbinInstituteofTechaologyinWeihai,Weihai264209,China)Abstract:BasedonCATIA,aP50mannequinofadultmanisdesignedtosimulateautomobilecollision.Thesizeparameters,structureandconfiguration,aswellasmaterialofthemannequinareallbionic.Theweightdistribution,arthrosismovementandbonefunctionaccordwiththefeaturesoffleshbodyandhavehighmechanicalequivalency.Thedataofthemannequincanbeaccuratelymeasuredandtherequirementsofsimulativeexperimentofautomobilecollisioncanbemet.Keywords:Collisionexperiment;Simulativemannequin;Bionicfeature汽车碰撞试验是检验汽车安全性能的重要测试手段,用假人作为汽车碰撞试验的基础工具,可在碰撞试验中获得评估汽车安全性所需的数据,从而为汽车改进、乘员保护系统设计提供科学依据。目前,我国在碰撞试验中使用欧美等国家生产的假人,价格昂贵,并且测量数据不能真实反映我国人体损伤状况。近年来,随着计算机软件技术的飞速发展,使有限元乘员安全性模拟手段不断成熟。本文基于CATIA软件建立碰撞仿真,用中国假人模型,可以在计算机碰撞模拟中定量、精确地测试人体某部位所受冲击力的大小,消除了由于中国人体参数与国外人体差异引起的碰撞试验数据偏差,可以为我国汽车碰撞试验模拟提供科学的依据。1发展和结构要求自上世纪70年代以来,欧美国家相继研制了更加符合试验需要的假人模型[1～2]。1976年,美国通用(GM)公司推出HybridIII型假人,并于1977年取代HybridⅡ型假人成为验证车辆是否符合FMVSS208安全标准性能要求的唯一试验假人。在SAE标准中对假人参数规定:尺寸、重量分布、关节的活动、胸部等各部分在受载荷时的变形特性应与人体很相似,能对人体相对应的各部分的加速度、负荷等参量进行测定,个体间的差异小,反复再现性好,并且具有优良的耐久性。2模型的建立依据人机工程学人体标准尺寸和人体测量的参照系[1],确定成年男性50百分位的尺寸参数和关节设计方案。尺寸参数见表1。表1模型基本尺寸参数Tab.1SizeParametersofMannequinmm头最大长头最大宽头全高前臂长后臂长手长大腿长小腿长足长1841542233132941834653692472.1骨骼模型的设计为满足假人功能要求,设计6个关节:肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节、踝关节。胸锁关节和肩锁关节作为胸部设计的一部分。假人头部模型的最大长、宽和全高使用标准数据;颈部设计成弹簧,在汽车碰撞时,颈部运动轨迹与真人相似;胸部模型包括钢制的肋骨、胸骨、胸脊椎,铸铝锁骨、铸铝肩胛骨等;肩部模型主要由肩胛骨、锁骨、锁能环节及托架组成;肩胛骨与上肢上臂铰链连接,实现上臂相对肩部的转动。锁能环节与锁骨配合实现水平面上的转动,与锁骨连接件配合实现冠状面上的转动。假人腰腹部模型结构主要包括腰椎、骨盆及相关连接件。腰椎选用人工橡胶材料,采用直立的圆柱设计。假人的盆骨模型采用楔形铸铝件设计,上下两端具有较大的接触面积,使其能够承受较大的载荷。骨盆两侧有两个类似关节窝的孔,与大腿骨相连形成髋关节。上肢设计主要包括上臂及肩关节连接件、肘关节、前臂、腕关节、手。上臂肘关节组件圆周上有一挡块,用来控制前臂的转动范围。腕关节采用与肘关节类的连接,转动范围加大,符合人体腕关节的生物力学特性。上肢被简化为“T型”的钢制件。下肢包括大腿、小腿、膝关节、踝关节、足部以及髋关节连接件设计。髋关节的关节头呈圆球图1骨骼总装模型Fig.1OverallConfigurationofBones状,能够沿三个互相垂直的运动轴做屈伸、内收、外展、旋内和旋转等运动,股...