校车正面和侧翻碰撞中儿童乘员动力学响应有限元分析

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1、餅丿动力詢析2016-04-1417:40:01汽车工程学报2016年2期韩勇++蓝平辉++谢金萍++王方++水野幸治++纪碧端Z轴垂直方向的位移〃/mmlooloo200—loo丁—200—300—400—500測冷艸曲時册川冷艸曲H>e(a)一他JL删爾抽垂直方向的位移d/mm00O20000000000000000000864O8642无安全帝两点式安全带三点式安全带0.030.060.090.120」5时间〃s(a)2号儿童假人Li00O2卜00O00卜005无安全带两点式安全带三点式安全带0.030.060.090.120.15时间〃s(b)

2、3号儿童假人ill图6儿童假人胸部合成加速度曲线表4各假人头部伤乘员无安全带两点式m号数◎/(m•s2)hic36•S2)11399.573871236.3223074.41954648.0631663.897411711.5143336.831613425.86摘要：为了研究校车碰撞事故中不同约束条件下儿童乘员的动力学响应及对损伤参数的影响，应用有限元方法建立校车与HybridIII6Y0儿童假人的有限元分析模世。对比校车侧翻、顶压及儿童座椅试验结果，验证了模型的有效性。研究了在无安全带、两点式安全带、三点式安全带约束条件下,儿童乘员在校车正面碰撞（

3、碰撞速度为20km/h、30km/h、40km/h）和侧翻工况下的儿童的动力学响应及损伤参数：头部加速度［头部损伤指标（HeadInjuryCriterion,HIC）］、位移量、胸部合成加速度（胸部损伤指标ThAC）。仿真结果表明，正面碰撞速度对儿童损伤风险的影响显著，在无安全带和两点式安全带约束下的儿童头部加速度比三点式安全带约束下的高，冃峰值超出了FMVSS213法规所规定的基准值784m/s2o在侧翻碰撞中，碰翻侧的儿童与车身侧围结构发生碰撞导致头部和胸部加速度高，损伤风险较大。研究结果可作为专用校车儿童乘员保护研究的参考依据。关键词：校车事故

4、；儿童乘员安全性；正面碰撞；侧翻；有限元分析中图分类号:U467.1+4；U461.91文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.02.05近年來，校车作为幼龄儿童上下学的交通工具，得到了快速发展［1］。然而，校车事故的频发使校车安全问题H益突出［2・3］。据不完全统计，2010〜20们年间发生特大校车交通安全事故29起，死亡人数108人，轻重伤人数358人⑷。因此，研究交通事故过程中校车儿童乘员的动力学响应和损伤风险具有重大意义。张扬等根据我国校车的新标准（GB24407-2012）对某长头校车进行

5、了关键承载结构改进设计，有效提高了校车碰撞安全性［5］。王良模等利用有限元方法改进了某专用校车的顶部结构，提高了校车的侧翻安全性［6］。葛如海等对校车正面碰撞过程中三点式安全带的六个参数进行优化，减轻了对儿童乘员的伤害［7］。本文在分析以上研究结果的基础上，针对儿童在不同约束类型下的正面和侧翻碰撞中的动力学响应和损伤参数展开研究。分析使用三种安全带（无安全带、两点式安全带、三点式安全带）在正面碰撞（碰撞速度为20km/h、30km/h、40km/h）和侧翻工况下的动力学响应和头部加速度（头部损伤指标HIC）,以及前倾位移量和胸部合成加速度（胸部损伤指标

6、ThAC）[8]研究结果为评价和改善校车的安全性提供参考依据。1仿真模型的建立1.1校车•儿童乘员模型基于真实校车三维儿何数据，简化承载结构件后进行网格划分得到校车整车有限元模黑[9・10]°整车采用网格大小为10mm的四边形单元，以及少量三角形壳单元和实体单元进行模拟。如图1所示，校车车身长5543mm、宽2103mm.高2831mm。校车■儿童乘员有限元模型主要由校车车身、校车座椅和儿童乘员模型组成，总单元数为1738458,总节点数1615697c其中，HybridIII6丫O儿童假人有限元模型由日本名古屋大学水野幸治教授科研室提供[11]o模型

7、由头部、颈部、胸部、上肢和下肢组成，总质量23.99kg,单元总数40851个，总节点数34844个。其中，儿童安全带分析由一维梁单元和二维面单元模拟（图1）o校车车身和座椅骨架由定制杆件焊接而成，采用Q235和Q345材料定义，儿童座椅靠背采用泡沫海绵材料定义。具体参数见表对校车•儿童乘员模型有效性及町用性的验证，可将模型分解成三部分进行。第一部分是基于校车法规条件对整车骨架进行侧翻试验，对比实车试验与仿真结果验证校车模世的有效性，韩勇等在文献[12]屮阐述了校车车身验证结果的有效性。第二部分是基丁•校车座椅法规耍求对座椅进行动态与静态试验，对比试验

8、仿真结果分析校车座椅模型的有效性，文献[13]^明校午座椅模型动态和静态响应与实际试验结果相吻