汽车正面碰撞时人体受力分析与运动的数学模型
1.汽车在正面碰撞进程加速度—时刻关系简化模型。
在汽车发生正面碰撞时,在发生碰撞的很短的时刻内,汽车会产生一专门大的加速度,那个加速度方向与汽车运动方向相反;于此同时,车内乘员由于惯性力的存在,相应的产生一加速度,方向与汽车运动方向相同。在此说明,下面图中的加速度值均为正值,即加速度的大小。
汽车在碰撞进程中,碰撞能量的吸收主要依赖于车身的结构变形。目前结构设计中主要采取薄壁梁的变形来对动能进行吸收。由于薄壁梁结构的固有变形形式,所产生的载荷也有其必然的规律。图1为典型薄壁梁轴向紧缩进程载荷—位移曲线。薄壁梁变形进程的载荷规律,会以加速度的形式在汽车整车碰撞进程中取得表现。图2是《轿车白车身撞压变形特性对乘员伤害指标影响的仿真分析[M]》一文中提供的某车型白车身在碰撞进程中的加速度曲线;图3是《基于微型车吸能结构改良的约束系统最优化分析[J]》一文中提供的某微车碰撞进程的车身加速度曲线。
图1 典型薄壁梁轴向紧缩进程载荷一名移曲线
图2某车型白车身在碰撞进程中加速度一时刻曲线
图3某微车碰撞进程车身加速度曲线
由图二、图3能够看出:
前座后座
1.车身在碰撞进程中产生的加速度,主要分为两个主要阶段:在碰撞初期,车身加速度有一专门大的峰值出现,随后车身及吸能部件发生顺序压溃变形,进入相对稳固的吸能阶段。
2.加速度峰值通常高出稳态阶段2~4倍左右。
下面咱们按照这种现象,成立汽车在正面碰撞进程中加速度—时刻关系的简化模型。
理论上咱们能够分析出,由于碰撞是汽车的动能被变形能所吸收,所以:
)(末车202-21)(υυ⎰=∆M xdt t F (1)
式中:x ……………碰撞进程中车身的变形距离。
车M ……………整车质量。
)(t F ……………碰撞进程中车身受到障碍壁的作使劲
末υ、0υ…………车身的末速度与初速度。
同时,车身在碰撞进程中产生的加速度为:
丰田辱华广告车M t F t A )
()(=…………………………………………(2) 此处A 和F 都是随碰撞发生时刻的转变而不断转变的。因为汽车碰撞发生
的时刻很短(大约为0.1s ),所以在成立简化模型时能够进行如下简化:
1.在碰撞进程中,车身受到障碍壁的作使劲用平均作使劲代替,那个力的大小恒定,不随时刻的转变而转变。
2.汽车碰撞的加速度能够用平均加速度a 表示。
己知汽车碰撞的末速度为0,则(1)式能够进行下列近似变换:
)(末车202-21)(υυ⎰=∆M xdt t F
2021υ车车M ax M =
x a 220
υ=………………………………………………(3)    由于在汽车碰撞进程中,加速度恒定的情形下,
速度改变量必然,所以碰撞持续时刻T 能够表示为:
a T 0
υ=…………………………………………(4) 表1 国内外正面碰撞法规
下面,咱们用汽车正面碰撞的中国标准进行计算。
汽车正面碰撞的速度为48~50km/h 。
查资料能够明白,汽车以50km/h 的速度进行碰撞时,整车的变形距离大约在0.5m 左右,若是加速度恒定,则:
1.由(3)式得平均加速度值约为2/9.192s m 。
2.由(4)式得碰撞的持续时刻在0.07s 左右。
保定违章查询按照前面提供的几组车身加速度曲线,咱们能够发觉,由于薄壁梁变形进程中初始峰值载荷的存在,致使整车碰撞进程中在初期定然也会产生一个较高的加速度峰值。加速度峰值的出现时刻一般在0.005~0.01s ,成三角状,后续波形由
北京近郊自驾游
项目
中国GB11551-2003 美国FMVSS208 欧洲ECER94 固定壁障质量(t ) 70以上
45以上 70以上 假人 2个Hybridd Ⅲ50百分位男性假人
Hybridd Ⅲ50百分位男性假人 2个Hybridd Ⅲ50百分位男性假人 伤害值(最大允许值) 头部HIC:1000;胸部
变形:75mm ;大腿力:
10KN
头部HIC:1000;胸部变形:76.2mm ;胸部G:60g ;大腿力:10KN 头部HIC:1000;胸部变形:75mm ;大腿力:10KN 碰撞角度 0°
(0~30)° 40%偏置碰撞
奇瑞瑞虎最低报价于是顺序压溃阶段所产生,大体是在必然范围内上下波动。整个碰撞进程持续0.05~0.1s 。
针对这种情形,为了成立汽车在碰撞进程中加速度—时刻关系的简化模型,在此设定正数参数k ,k
为车身加速度曲线中,峰值与稳态变形阶段加速度大小的比值,其值取一、二、3……,由此构造车身加速度曲线如下:
图4汽车碰撞进程车身加速度简化模型曲线
如此,就成立了车身在碰撞进程中加速度—时刻关系的简化模型。由于加速度峰值通常高出稳态阶段2~4倍左右,所以取k 为二、4时,则可得出碰撞进程
中车身加速度峰值可能为386~7722/s m 。
按照汽车正面碰撞实际情形,而且从设计的安全角度考虑,咱们能够取汽车碰撞的加速度峰值为8002
/s m ,即图中的C 曲线。 2.碰撞进程中人体与座椅的简化模型、受力分析及计算。
2.1安全带的简化模型
汽车座椅安全带是最重要的约束系统乘员保护安全装置之一,能够有效的限70迈