儿童乘员损伤机理及保护措施研究曹立波，张瑞锋，刘曜（湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南，长沙410082）摘要：分析了儿童的生理解剖学特征及不同身体部位的损伤机理，介绍了儿童头部和胸部的有限元模型建立及儿童假人模型的改进情况，提出了多功能儿童约束系统、集成式儿童约束系统等新的结构方案。仿真分析表明，这些结构能够对儿童乘员起到有效的保护作用。关键词：损伤机理；儿童约束系统（CRS）；有限元模型；保护措施中图分类号：U461.91文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2012.01.003StudyontheChildPassengerInjuryMechanismandProtectionMeasuresCaoLibo，ZhangRuifeng，LiuYao（StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufacturingforVehicleBody，HunanUniversity，Changsha，HunanAbstract：Theanatomyofchildren'sphysicalcharacteristicsandinjurymechanismswereanalyzed.ThedevelopmentofthechildheadandchestFEmodelsandtheimprovementofthechilddummymodelwereintroduced.Then,twonewkindsofchildrestraintsystems(CRS),multi-functionsystemandintegratedsystem,wereproposed.Computationalsimulationresultsshowthatthesetwokindsofchildrestraintsystemscanprovideeffectiveprotectionforchildoccupants.Keywords：injurymechanism；childrestraintsystems(CRS)；FEmodel；protectionmeasures根据中国公安部交通管理局的统计数据显示，在2005年至2008年期间中国分别有6082名、5269名、4766名、4243名15岁以下的儿童在交通事故中丧生[1]。尽管这些数字在每年总体交通事故伤亡中所占比例并不大，但在中国每个家庭只有一个孩子的政策下，孩子的伤亡对家庭来说是巨大灾难。因此，儿童乘员的安全问题越来越受到国家、社会和家庭的重视。而在美施了儿童乘车安全法规，从1975年至2008年期间，儿童约束系统（ChildRestraintSystems，CRS）至少挽救了8959名儿童的生命，2008年只有1347名14岁及以下的儿童因车祸死亡[2]。目前，由于儿童生物力学试验数据缺乏，研究人员通常通过对成人的数据进行缩放来研究儿童的损伤机理及进行数值分析[3]。然而，儿童和成人在身体结构上存在显著的差异，儿童并不是缩收稿日期：2011-08-26基金项目：国家自然科学基金资助（11172099）第1期曹立波等：儿童乘员损伤机理及保护措施研究017小版的成人，损伤机理也有所不同。成人使用的乘员约束系统不能对儿童起到有效的保护作用，甚至还可能对儿童造成伤害。因此，研究儿童乘员损伤机理及相关保护措施具有重要意义。肚脐，到2岁时在肚脐的下方，16岁时身长的中点接近耻骨[4]。1儿童生理解剖学特征1.1比例特征儿童头部大而重，体干长、腿短，这是与成人明显不同的生理解剖学比例特征。在不同的年龄阶段，头部占身体的比重有很大的差别。据有关资料显示，婴儿头部重量约为其体重的一半，3岁和6岁的时候，头部重量占其体重约为18%和16%，而成人头部重量只占其体重的6%，如图1所示[3]。婴儿2岁6岁12岁15岁图2儿童头部与身体长度比例关系图[3]50%18%16%6%婴儿6个月1岁2.5岁4岁7岁12岁15岁成人图3处于坐姿时的体干长度随年龄的变化[4]1.2结构特征1.2.1头部儿童的头部形状与成人的头部形状有很大差别，如图4所示。儿童的面部较短，占整个头部的面积较小；头盖骨在前后方向的长度明显比成人的长；婴儿的面部与头盖骨的面积比为1∶8，而成人为1∶2.5。婴儿的前额高而突出，使面部藏在质量较大的脑壳下方[4]。婴儿3岁6岁成人图1不同年龄段头部占身体的比重图从儿童头部占身体长度的比例来看，不同的年龄也有很大的差别。新生儿的头部占身长的1/4，而成人的头部只占身长的1/7。图2反映了典型时期儿童头部与身体的比例关系。体干长度占身体长度的比例也是随年龄的增长而发生变化的。儿童出生时的体干长度占身长的比例约为70%，3岁时约为57%，女孩13岁或男孩15岁时约为50%。新生婴儿身长的中点略高出小泉门前侧泉门大泉门后侧泉门图4儿童与成人的头面部比较图汽车工程学报第2卷018婴儿颅骨是由薄且富有弹性的骨头拼接而成的，骨头之间的连接非常灵活，整个颅骨非常柔软，且脑...