中国体态假人模型与FAAHybridⅢ型假人模型冲击差异性分析李杰解江袁鹏冯振宇【摘要】以分析中国体态假人与FAAHybridⅢ型假人模型差异性为目的，依据中国人体体态数据，运用MADYMO/Scaler软件模块，建立中国成年男性50百分位体态假人模型。以某客舱段布置为基础，建立了两类假人的约束系统模型，按照CCAR第25.562条的规定，进行了水平冲击仿真试验。研究结果表明：中国50百分位身材的假人模型头部损伤风险明显大于FAAHybridIII型假人模型；而胸部、颈部和盆骨处的损伤风险具有差异性，其差异普遍为20%-30%；此外，由于假人下肢长度及座椅高度的影响，下肢载荷差异显著。【关键词】动态冲击；假人模型；中国人体；仿真0引言对航空事故的调查表明，如果飞机结构设计过程中考虑坠撞安全性因素，那么92.8%的坠撞事故都将是可生存或部分可生存的，从而可以大大提高乘员的生存率[1-2]。目前，飞机乘员保护相关条款的符合性，主要还是依靠整机及部件试验进行验证，而在飞机坠撞试验中，欧美各国的法规均要求使用HybridIII型50百分位男性假人，以此考虑飞机在坠撞过程中，人体的响应数据和伤害指标。该型假人身高175.5cm，体重78.15kg[3]，然而，我国50百分位成年男子身高为168.5cm，体重为65.5kg，与上述假人的身材有较大不同。因此，对于安全性要求严格的航空业，在试验中使用HybridIII型50百分位男性假人，能否正确反映中国人体的动态响应数据，座椅等产品的设计是否满足设计要求，值得我们加以研究。国外对于假人及其动态响应进行了大量的研究。从1960年开始，美国RSD公司和通用汽车研发了Hybrid系列假人，已广泛用于汽车和航空航天领域，目前已发展到了Ⅲ型。80年代初期，美国开始发展乘员逃逸系统测试（CREST）计划。到1983年，成功研制了肢体约束评估假人（LRE）。在实施CREST计划后期，研究人员发现LRE未能完全满足试验要求，于1989年完成了ADAM假人的研制---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---[4]。CarmenRodarius等人基于人体缩放理论，建立了三类人体碰撞模型，并对其动态响应进行了分析[5]。我国对于假人的研究起步较晚，而且主要集中在假人建模方面。航天医学工程研究所于2002年开始研发我国新一代弹射座椅试验用SZM510型假人，马红磊等人将其与HybridⅢ型假人的冲击响应特性进行比较，表明SZM510假人能够适用于高冲击过载下的乘员安全性评价[6]。四川大学的陈爽等人，基于有限元法，完成了95%国产假人的研制。标定结果表明，灵活运用有限元分析方法能够实现碰撞假人力学结构的仿真性[3]。戢敏等人建立了我国50百分位飞行员参数特征的假人下肢有限元模型，对直升机抗坠毁试验中的假人下肢动力学性能进行了研究[7]。本文以上观点出发，首先参照国家体育总局等单位公布的《2000年国民体质监测报告》中的中国人体体态数据，以MADYMO软件假人库中的FAAHybridIII型假人为基础，应用MADYMO/Scaler程序建立符合中国人体的假人模型，按照CCAR25.562的要求，进行水平动态冲击仿真试验，最后整理仿真结果数据，分析中国体态假人与FAAhybridIII假人的差异性。1假人建立方法在交通工具及其约束系统的设计中，使用符合实际要求的假人至关重要，这样可以准确评估人体的真实响应和各项指标。MADYMO软件基于以上观点的考虑，提供了MADYMO/Scaler程序，方便设计人员根据具体的设计目的，在现有假人库仿真假人的基础上，对其各部位尺寸进行修改，得到目标假人。MADYMO/Scaler程序使用其先进的非线性缩放方法，能够缩放所有的机械参数，包括铰链的刚度和阻尼。第一阶段，以参考假人为基础，根据用户输入的特定尺寸，程序根据其特有的缩放因子，生成目标假人。经过这一阶段的缩放后，结果模型的尺寸、质量、转动惯量、关节位置、椭球体参数、力模型、铰链模型和接触特性被控制，但由于多个因子的复杂缩放，致使主要尺寸和质量有些偏差，需要第二阶段进行修正。在第二阶段，MADYMO程序将第一阶段用过的缩放因子乘以一系列的修正系数进行最终修订，其最佳修正系数根据数值最优化确定，最终生成一个最优的缩放模型。2中国人体体态数据2000年，国家体育...