基于汽车正面碰撞情况下的行人下肢肌肉主动力对损伤的影响研究

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近年来,车辆数目的增加使得道路安全交通事故的发生次数也随之增高,在众多的道路安全交通事故中,行人伤亡数量占比巨大且居高不下,行人安全已经成为道路交通安全中亟待解决的社会问题。当汽车和行人发生碰撞时,人体下肢由于刚度小而极易遭到损坏,此外,下肢损伤也是致残的主要原因。故探究行人下肢安全对降低道路交通事故中行人下肢损伤有着极为重要的现实意义。本论文主要研究在车与行人的碰撞过程中行人下肢的肌肉主动力对下肢损伤的动力学响应以及生物力学响应的影响。为实现研究目的,论文采用湖南大学下肢模型并通过软件Hypermesh对模型进行改进,改进的主要内容有:添加肌肉主动特性、根据最新的死尸实验结果数据替换原模型的材料参数,并将改进后的模型按照传统生物力学实验进行全面的验证。最终将改进后下肢模型与HybridⅢ50百分位假人有限元模型(站立姿态)进行耦合形成具有肌肉主动力的混合假人模型,并对耦合后的假人模型进行验证。对验证结果进行分析并得出:耦合后的混合假人模型建模方法正确且生物逼真度高,可用于进一步完成行人下肢损伤的相关研究。在研究过程中,取凯美瑞整车模型为试验车,并和已建立的混合假人模型进行装配完成仿真环境的搭建,按照实验目的设置实验方案,研究车与行人在碰撞过程中不同的碰撞强度以及不同的肌肉激活状态对下肢损伤的动力学响应以及生物力学响应的影响。研究表明:汽车和行人发生碰撞时,下肢的动力学响应以及生物力学响应受碰撞强度以及肌肉激活状态的影响。动力学响应方面:下肢的股骨轴向力以及胫骨指数随着碰撞强度的增加而不断增加;此外,肌肉在激活状态下输出的股骨轴向力以及胫骨指数高于肌肉未激活状态下输出的相应值。生物力学响应方面:当肌肉处于相同的状态时,下肢各主要骨骼的应力极值随着碰撞强度的增加而增加;当碰撞强度相同时,发现肌肉处于激活状态下的下肢所输出的各骨骼应力最大值低于肌肉未激活状态下的应力最大值,说明肌肉主动力在一定程度上使下肢各骨骼承受的应力值降低,减轻了下肢损伤。可知,肌肉主动力对下肢损伤的动力学响应以及生物力学响应均产生影响。
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