基于人體生物力學分析的汽車座椅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、隨著汽車數(shù)量的增加和行駛速度的不斷提高，交通事故的發(fā)生率也不斷提高。汽車發(fā)生追尾后碰撞時，兩車碰撞的相對速度雖然不算很高，但對人體的傷害不容小視，傷害部位主要是頭頸部，頸部損傷尤為嚴重。汽車座椅是汽車的重要裝置之一，座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的變化深刻地影響著頸部損傷程度，優(yōu)化座椅結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，提高汽車座椅的被動安全性能，是減輕后碰撞事故中乘員頸部損傷的有效方法。
　　本文在認真分析座椅結(jié)構(gòu)和測繪實際座椅尺寸的基礎(chǔ)上，建立了簡化的座椅幾何

2、模型，在有限元前處理軟件中進行座椅有限元網(wǎng)格劃分，完成座椅有限元模型的建立。人體上半身模型包括頭骨、椎骨、鎖骨、肩胛骨、肋骨、肋軟骨、盆骨、椎間盤和韌帶等組織。首先利用逆向工程軟件進行人體骨組織的幾何模型的重建，再進行有限元網(wǎng)格映射，完成人體骨骼有限元模型的建立。將座椅及人體模型的所有部件連接組裝成人-座椅系統(tǒng)有限元模型，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，設(shè)置單元屬性和接觸方式。
　　本文既驗證了座椅有限元模型的有效性，也驗證了后碰撞中人-座椅系統(tǒng)有

3、限元模型的有效性，這兩次驗證的數(shù)據(jù)都與實驗數(shù)據(jù)基本吻合。對經(jīng)過驗證有效的有限元模型施加碰撞載荷，設(shè)定邊界條件，進行后碰撞仿真模擬，得到頸部椎骨及椎間盤應力應變參數(shù)，其中頸椎椎骨C2、C6及C7的應力應變值較大，頸椎間盤C4-C5、C5-C6的應力應變值較大。
　　運用正交試驗設(shè)計方法，合理安排試驗因素及水平，本研究進行了18次后碰撞仿真模擬試驗。根據(jù)仿真試驗計算結(jié)果，以頸椎椎骨C2、C6、C7及頸椎間盤C4-C5、C5-C6的應力

4、應變值為評價指標，分析了座椅設(shè)計參數(shù)對頸部受力的影響。依據(jù)座椅設(shè)計參數(shù)對頸部損傷影響的大小，確定了座椅設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化組合方案，對優(yōu)化方案的有限元模型進行仿真驗證，通過與初選方案的數(shù)據(jù)對比，可以發(fā)現(xiàn)采用優(yōu)化方案的座椅設(shè)計參數(shù)能夠降低后碰撞中乘員頸部損傷的風險，從而確定了優(yōu)化方案的有效性。
　　本研究表明通過減小頭后間隙、增加頭枕高度、縮小頭枕與靠背的距離、選取適中的靠背傾角、坐墊傾角、頭枕剛度及靠背剛度，有助于提高后碰撞中汽車座椅的