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汽车碰撞中儿童乘员的损伤及防护研究

作　者: 胡国武
导　师: 韩强
学　校: 华南理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 儿童约束系统儿童安全汽车碰撞仿真分析
分类号: U461.91
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国每年超过1.85万名14岁以下儿童死于交通安全事故,死亡率是欧洲的2.5倍、美国的2.6倍,随着我国私人汽车保有量的飞速增长,车内“悲剧”也在加速上演[1,2,3]。据国外权威机构研究结果表明,汽车使用儿童专用的安全装置可有效地将儿童受伤害的几率降低70%左右,伤亡的比例从11.5%减少至3.5%,其中儿童汽车安全座椅是最为关键的安全装备[3]。因此,对儿童乘员约束系统(Child Restraint System, CRS)的研究具有特殊重要意义。为了提高我国儿童乘员乘车的安全性,对于汽车碰撞中儿童乘员的动态响应以及约束系统的设计和改进的研究是非常必要的。基于有限元理论,本论文建立了儿童乘员约束系统的仿真模型,并对模型根据文献中提供的试验数据进行了必要的验证。在此基础上将儿童乘员约束系统用成人安全带固定在汽车后排座椅上,通过整车正面100 %刚性壁障碰撞研究了儿童约束系统的相关设计参数、不同安全带形式以及不同安装方式对儿童乘员响应的影响。通过本论文的仿真分析研究工作可得到如下主要结论:(1)儿童安全座椅与成人座椅之间摩擦系数、儿童乘员与儿童安全座椅之间摩擦系数、汽车座椅刚度、儿童安全座椅安全带开孔位置、成人座椅安全带刚度、儿童安全座椅安全带刚度这六个参数对儿童乘员响应的影响比较大,适当地调整这些设计参数可降低儿童乘员在碰撞中的受伤几率。(2)比较了儿童安全带与儿童假人间摩擦系数改变时五点式儿童安全带有无肩带夹对儿童的保护效果:摩擦系数改变时,无肩带夹五点式儿童安全带约束系统对儿童乘员的保护效果影响很大。比较了在不同碰撞速度下,三种安全带对儿童的保护效果:在30km/h碰撞时,三点式儿童安全带对儿童乘员的保护最好;在50km/h和70km/h碰撞时,有肩带夹五点式儿童安全带对儿童乘员的保护效果最好;另外碰撞速度较高时,三点式儿童安全带容易勒伤儿童。(3)比较了在不同碰撞速度下,儿童安全座椅不同安装方式对儿童保护效果的影响:在30km/h和50km/h碰撞时,儿童安全座椅直立安装对儿童乘员的保护效果最好;在70km/h碰撞时,儿童安全座椅倾斜20 o安装,对儿童的保护效果最好。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 汽车儿童约束系统组成  10
  1.2 汽车儿童安全座椅的分类  10-12
  1.3 儿童乘员损伤评价规范介绍  12-13
    1.3.1 欧洲ECE R44  12
    1.3.2 美国FMVSS 213  12-13
  1.4 汽车儿童约束系统的研究背景及意义  13-14
  1.5 汽车儿童约束系统国内外研究现状  14-17
    1.5.1 国内外研究现状  14-17
    1.5.2 研究不足之处  17
  1.6 本论文的研究内容及重点  17-19
第二章仿真模型的建立及验证  19-43
  2.1 动力学仿真软件LS-DYNA 简介  19-20
  2.2 假人模型与汽车座椅模型的建立  20-22
    2.2.1 假人模型的建立  20
    2.2.2 汽车座椅模型的建立  20-22
  2.3 儿童安全座椅模型的建立  22-23
  2.4 儿童安全座椅及标准汽车安全带模型  23-34
    2.4.1 安全带系统各部件介绍及建模[40]  23-28
    2.4.2 儿童安全座椅安全带模型  28-32
    2.4.3 标准汽车安全带模型  32-34
  2.5 假人与安全带初始位置的定位  34-35
  2.6 儿童安全座椅与汽车座椅间的定位  35-36
  2.7 儿童约束系统的验证  36-39
  2.8 汽车模型  39-42
  2.9 本章小结  42-43
第三章儿童乘员约束系统的设计参数分析  43-58
  3.1 儿童安全座椅与车座间摩擦系数的影响  44-46
  3.2 儿童假人与安全座椅间摩擦系数的影响  46-48
  3.3 车座刚度对儿童乘员响应的影响  48-50
  3.4 儿童安全带肩带穿孔位置的影响  50-53
  3.5 三点式成人座椅带刚度的影响  53-55
  3.6 儿童座椅安全带刚度的影响  55-57
  3.7 本章小结  57-58
第四章不同形式儿童安全带仿真对比研究  58-73
  4.1 不同五点式儿童安全带对儿童乘员损伤的对比研究  58-64
    4.1.1 肩带夹有限元模型的建立  58-59
    4.1.2 五点式儿童安全带有无肩带夹对儿童损伤的研究  59-64
  4.2 不同安全带对儿童乘员损伤的影响  64-71
    4.2.1 三点式安全带的建模  64-65
    4.2.2 不同安全带对儿童乘员损伤的研究  65-71
  4.3 本章小结  71-73
第五章儿童座椅不同安装方式仿真对比研究  73-79
  5.1 仿真模型的建立  73
  5.2 不同安装方式对儿童损伤的影响  73-78
    5.2.1 碰撞速度为30km/h 时儿童乘员动力学响应与损伤分析  74-75
    5.2.2 碰撞速度为50km/h 时儿童乘员动力学响应与损伤分析  75-77
    5.2.3 碰撞速度为70km/h 时儿童乘员动力学响应与损伤分析  77-78
  5.3 本章小结  78-79
结论及展望  79-81
参考文献  81-84
攻读硕士学位期间取得的研究成果  84-85
致谢  85-86
答辩委员会对论文的评定意见  86

汽车碰撞中儿童乘员的损伤及防护研究

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