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        中國體態(tài)假人模型與FAA Hybrid Ⅲ 型假人模型沖擊差異性分析

        2016-11-03 20:31:49李杰解江袁鵬馮振宇
        科技視界 2016年18期
        關(guān)鍵詞:仿真

        李杰 解江 袁鵬 馮振宇

        【摘 要】以分析中國體態(tài)假人與FAA Hybrid Ⅲ型假人模型差異性為目的,依據(jù)中國人體體態(tài)數(shù)據(jù),運(yùn)用MADYMO/Scaler軟件模塊,建立中國成年男性50百分位體態(tài)假人模型。以某客艙段布置為基礎(chǔ),建立了兩類假人的約束系統(tǒng)模型,按照CCAR第25.562條的規(guī)定,進(jìn)行了水平?jīng)_擊仿真試驗(yàn)。研究結(jié)果表明:中國50百分位身材的假人模型頭部損傷風(fēng)險明顯大于FAA Hybrid III 型假人模型;而胸部、頸部和盆骨處的損傷風(fēng)險具有差異性,其差異普遍為20%-30%;此外,由于假人下肢長度及座椅高度的影響,下肢載荷差異顯著。

        【關(guān)鍵詞】動態(tài)沖擊;假人模型;中國人體;仿真

        0 引言

        對航空事故的調(diào)查表明,如果飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中考慮墜撞安全性因素,那么92.8%的墜撞事故都將是可生存或部分可生存的,從而可以大大提高乘員的生存率[1-2]。目前,飛機(jī)乘員保護(hù)相關(guān)條款的符合性,主要還是依靠整機(jī)及部件試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,而在飛機(jī)墜撞試驗(yàn)中,歐美各國的法規(guī)均要求使用 Hybrid III 型50百分位男性假人,以此考慮飛機(jī)在墜撞過程中,人體的響應(yīng)數(shù)據(jù)和傷害指標(biāo)。該型假人身高175.5cm,體重78.15kg[3],然而,我國50百分位成年男子身高為168.5cm ,體重為65.5kg,與上述假人的身材有較大不同。因此,對于安全性要求嚴(yán)格的航空業(yè),在試驗(yàn)中使用Hybrid III 型50百分位男性假人,能否正確反映中國人體的動態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù),座椅等產(chǎn)品的設(shè)計是否滿足設(shè)計要求,值得我們加以研究。

        國外對于假人及其動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了大量的研究。從1960年開始,美國RSD公司和通用汽車研發(fā)了Hybrid系列假人,已廣泛用于汽車和航空航天領(lǐng)域,目前已發(fā)展到了Ⅲ型。80年代初期,美國開始發(fā)展乘員逃逸系統(tǒng)測試(CREST)計劃。到1983年,成功研制了肢體約束評估假人(LRE)。在實(shí)施CREST計劃后期,研究人員發(fā)現(xiàn)LRE未能完全滿足試驗(yàn)要求,于1989年完成了ADAM假人的研制 [4]。Carmen Rodarius等人基于人體縮放理論,建立了三類人體碰撞模型,并對其動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了分析[5]。

        我國對于假人的研究起步較晚,而且主要集中在假人建模方面。航天醫(yī)學(xué)工程研究所于 2002 年開始研發(fā)我國新一代彈射座椅試驗(yàn)用SZM510型假人,馬紅磊等人將其與Hybrid Ⅲ 型假人的沖擊響應(yīng)特性進(jìn)行比較,表明SZM510假人能夠適用于高沖擊過載下的乘員安全性評價 [6]。四川大學(xué)的陳爽等人,基于有限元法,完成了95%國產(chǎn)假人的研制。標(biāo)定結(jié)果表明,靈活運(yùn)用有限元分析方法能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞假人力學(xué)結(jié)構(gòu)的仿真性[3]。戢敏等人建立了我國50百分位飛行員參數(shù)特征的假人下肢有限元模型,對直升機(jī)抗墜毀試驗(yàn)中的假人下肢動力學(xué)性能進(jìn)行了研究[7]。

        本文以上觀點(diǎn)出發(fā),首先參照國家體育總局等單位公布的《2000年國民體質(zhì)監(jiān)測報告》中的中國人體體態(tài)數(shù)據(jù),以MADYMO軟件假人庫中的 FAA Hybrid III 型假人為基礎(chǔ),應(yīng)用MADYMO/Scaler 程序建立符合中國人體的假人模型,按照CCAR25.562的要求,進(jìn)行水平動態(tài)沖擊仿真試驗(yàn),最后整理仿真結(jié)果數(shù)據(jù),分析中國體態(tài)假人與 FAA hybrid III假人的差異性。

        1 假人建立方法

        在交通工具及其約束系統(tǒng)的設(shè)計中,使用符合實(shí)際要求的假人至關(guān)重要,這樣可以準(zhǔn)確評估人體的真實(shí)響應(yīng)和各項指標(biāo)。MADYMO軟件基于以上觀點(diǎn)的考慮,提供了MADYMO/Scaler 程序,方便設(shè)計人員根據(jù)具體的設(shè)計目的,在現(xiàn)有假人庫仿真假人的基礎(chǔ)上,對其各部位尺寸進(jìn)行修改,得到目標(biāo)假人。

        MADYMO/Scaler 程序使用其先進(jìn)的非線性縮放方法,能夠縮放所有的機(jī)械參數(shù),包括鉸鏈的剛度和阻尼。第一階段,以參考假人為基礎(chǔ),根據(jù)用戶輸入的特定尺寸,程序根據(jù)其特有的縮放因子,生成目標(biāo)假人。經(jīng)過這一階段的縮放后,結(jié)果模型的尺寸、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、關(guān)節(jié)位置、橢球體參數(shù)、力模型、鉸鏈模型和接觸特性被控制,但由于多個因子的復(fù)雜縮放,致使主要尺寸和質(zhì)量有些偏差,需要第二階段進(jìn)行修正。在第二階段,MADYMO程序?qū)⒌谝浑A段用過的縮放因子乘以一系列的修正系數(shù)進(jìn)行最終修訂,其最佳修正系數(shù)根據(jù)數(shù)值最優(yōu)化確定,最終生成一個最優(yōu)的縮放模型。

        2 中國人體體態(tài)數(shù)據(jù)

        2000年,國家體育總局、教育部、科技部、國家民委、民政部、財政部、農(nóng)業(yè)部、衛(wèi)生部、國家統(tǒng)計局、全國總工會10個部門聯(lián)合在全國31個?。▍^(qū)、市)進(jìn)行了國民體質(zhì)監(jiān)測工作,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)布了《2000年國民體質(zhì)監(jiān)測報告》。

        該報告公布的中國人體主要尺寸包括:身高、體重、大臂長、小臂長、大腿長、小腿長等六項。同時,公布了中國人體坐姿尺寸,其包括:坐高、坐姿眼高、坐姿頸椎點(diǎn)高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距和坐姿下肢長等十一項數(shù)據(jù)。

        3 中國體態(tài)假人的建立

        參考《2000年國民體質(zhì)監(jiān)測報》中50百分位男性體態(tài)數(shù)據(jù),在Hybrid III 型50百分位男性FAA假人(參考假人)基礎(chǔ)上,使用MADYMO/Scaler 程序,生成中國人體體態(tài)的假人模型(目標(biāo)假人)。同時,對目標(biāo)假人進(jìn)行測量,將其與實(shí)際人體體態(tài)數(shù)據(jù)對比,確保目標(biāo)假人滿足中國人體體態(tài)數(shù)據(jù)要求。

        4 乘員—座椅約束系統(tǒng)仿真模型的建立

        4.1 系統(tǒng)模型的建立

        仿真系統(tǒng)模型中,主要包括客艙框段(艙壁、前部分艙板和地板)、座椅、約束系統(tǒng)(安全帶)和假人組成。如圖1所示,客艙框段和座椅為某客艙機(jī)身框段頭排單人座椅模型,都為多剛體模型,同時在座椅靠背,坐墊處增加了鉸鏈剛度,以此模擬實(shí)際的座椅特性。

        圖1 仿真系統(tǒng)模型圖

        約束系統(tǒng)(安全帶)類型為飛機(jī)乘員通常所使用的兩點(diǎn)式腰部安全帶,采用MADYMO特有的有限元和剛體的混合型安全帶模型。同時按照CCAR25.785的要求,利用MADYMO的Belt Fitting工具,對乘員安全帶進(jìn)行定義和安裝。

        此外,前方假人為MADYMO假人家族庫中FAA Hybrid Ⅲ 型假人模型,后方假人采用前述所建立的中國人體假人,為了客觀準(zhǔn)確對比兩類假人響應(yīng)的差異性,參考AC25.562-1B的要求,兩類假人模型乘坐姿態(tài)相同。前后兩個模型互不干擾,在同樣的客艙模型和加載工況下,得到獨(dú)立的乘員墜撞動態(tài)響應(yīng)。

        4.2 接觸的定義

        飛機(jī)墜撞是一個極其復(fù)雜的過程,具有瞬態(tài)非線性特征,因此,在仿真建模時,假人、艙壁、地板、座椅和安全帶之間接觸的準(zhǔn)確定義就顯得極其重要,決定了仿真結(jié)果的可靠性。該模型包括兩種類型接觸:剛體間的接觸(CONTACT.MB_MB)和有限元實(shí)體與剛體的接觸(CONTACT.MB_FE)。需要定義假人頭部與枕墊、前部擋板的接觸;假人背部與座椅靠背的接觸;假人臀部與靠背、坐墊的接觸;假人腿部與坐墊、座椅椅腿的接觸;假人右手與艙壁的接觸;安全帶與假人腹部、股骨、坐墊的接觸。

        4.3 初始條件的設(shè)定

        首先對本模型施加向下重力場,依據(jù)CCAR 25.562(b)(2)的要求并參考AC 25.562-1B,對其進(jìn)行水平動態(tài)沖擊試驗(yàn)。加載脈沖為等腰三角線,在0.09s時減速度峰值為16G。

        4.4 假人響應(yīng)的輸出設(shè)置

        按照CCAR25.562(b)(2)的要求,動態(tài)沖擊試驗(yàn)中,乘員的損傷評價指標(biāo)主要包括頭部損傷準(zhǔn)則HIC、脊柱載荷和股骨載荷。同時,根據(jù)人體沖擊生物力學(xué)及假人模型的特性,將胸部變形量、粘性損傷響應(yīng)VC、頸部Nij及小腿受力作為輸出參數(shù),加以對比,全面考察分析兩種體態(tài)假人的差異性。

        5 仿真結(jié)果對比分析

        將建立的模型進(jìn)行計算求解,在結(jié)果文件中讀取設(shè)定的各輸出參數(shù)指標(biāo)。在研究墜撞過程中的假人響應(yīng)時,通常以頭部、胸部和盆骨處的加速度作為主要研究參數(shù),同時根據(jù)墜撞的特殊性,輸出一些具體的傷害準(zhǔn)則。

        5.1 頭部加速度仿真結(jié)果對比

        從FAA Hybrid III 型假人(參考假人)與中國體態(tài)假人模型的頭部合成加速度響應(yīng)曲線可知,兩種不同體態(tài)的假人,其頭部加速度曲線趨勢類似,峰值時刻都在180ms左右,峰值基本相同。但是由于目標(biāo)假人曲線峰值處兩條邊界比參考假人寬,所以其HIC值為1747,比參考假人的HIC值1104.2要大,兩者相差58%。由于本仿真系統(tǒng)模型中的分艙板為剛性體,故而HIC超出了條款要求,此處HIC值僅作橫向?qū)Ρ仁褂茫蛔鳛闂l款符合性判據(jù)。

        5.2 胸部加速度結(jié)果對比

        從胸部合成加速度對比曲線可知,兩種假人胸部加速度趨勢基本相同,尤其在沖擊墜撞的后期,高度吻合。而在墜撞前期,由于體態(tài)不同而引起的坐姿變化,造成曲線趨勢和峰值的差異性。從結(jié)果數(shù)據(jù)可知,目標(biāo)假人在90.7ms時的峰值為63.4G,比參考假人103ms時的峰值54.12要高,兩者相差14.64%。

        5.3 盆骨加速度結(jié)果對比

        兩種體態(tài)假人的盆骨處合成加速度曲線趨勢類似,這主要是因?yàn)榘踩珟г诖颂幣c假人貼合,并始終將假人固定在坐墊上。但是又由于中國體態(tài)假人身材較為矮小,安全帶固定偏差,造成了在90ms時刻最大加載脈沖處,目標(biāo)假人的盆骨加速度為158.52G,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于參考假人的79.65G。

        5.4 股骨載荷結(jié)果對比

        目標(biāo)假人和參考假人左右股骨受力曲線的總趨勢類似,但是由于參考假人腿部較長、質(zhì)量更大,所以在墜撞前期,假人腿部與前部擋板發(fā)生碰撞的時間更長沖擊更大,左股骨在152ms時刻會產(chǎn)生極大的沖擊載荷,數(shù)值為9125.55N。而在墜撞后期,右股骨波動較大,在255ms時,產(chǎn)生5333.45N的沖擊突變載荷。此外,由于初始條件設(shè)定中,座艙具有10°偏航角,所以在發(fā)生碰撞的過程中,左右股骨受力曲線的趨勢和峰值,具有明顯的差異。

        5.5 損傷指標(biāo)對比

        通過對表1中兩類假人頭部、胸部、頸部和下肢部位損傷參數(shù)及其對比可知,目標(biāo)假人頭部比參考假人的頭部損傷準(zhǔn)則HIC值大50%左右;在胸部三個指標(biāo)中,參考假人的Ccomp和VC較大,而C3MS比目標(biāo)假人小,胸部各參數(shù)總體指標(biāo)差異介于20%-35%之間;假人頸部,除了NCF外,目標(biāo)假人損傷準(zhǔn)則Nij普遍比參考假人小,兩者差異大概在20%左右;假人下肢受力方面,由于目標(biāo)假人體態(tài)矮小,尤其是其下肢長度較小,以及座椅高度的因素,引起兩類假人的下肢姿態(tài)具有明顯的差別,這就造成了下肢受力差別較大,同時,也由此能夠看出,在飛機(jī)沖擊試驗(yàn)中,座椅高度對人體下肢受力具有顯著的影響。

        6 結(jié)論

        本文以MADYMO假人家族庫中FAA Hybrid III型假人模型為基礎(chǔ),使用MADYMO/Scaler程序,參照中國人體體態(tài)數(shù)據(jù),建立了中國成年男性50百分位人體假人模型。然后,建立了兩類假人的客艙座

        椅約束系統(tǒng)模型,依據(jù)CCAR25.562的要求進(jìn)行水平動態(tài)沖擊仿真試驗(yàn)。最后,對兩類假人頭部、頸部、胸部、盆骨和下肢的動態(tài)響應(yīng)參數(shù)及損傷準(zhǔn)則進(jìn)行了對比。

        將仿真結(jié)果對比可知,在縱向沖擊情況下,中國50百分位身材的假人模型頭部損傷風(fēng)險明顯大于FAA Hybrid III 型假人模型。胸部、頸部和盆骨處的損傷風(fēng)險具有差異性,其差異普遍約為20%-30%。而體態(tài)的差異對腿部載荷最為明顯。由此可見,采用Hybrid III 型假人模型并不能準(zhǔn)確評估飛機(jī)墜撞試驗(yàn)中我國人體的動態(tài)響應(yīng),也就無法有效進(jìn)行飛機(jī)乘員保護(hù)的研究。因此,為了能夠適應(yīng)我國飛機(jī)的試驗(yàn)及研究要求,尤其是目前正在開展的大型運(yùn)輸機(jī)的研制,有必要盡早開展和完善符合我國人體體態(tài)特征的假人研究工作。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]Shanahan DF, Shanahan MO. Kinematics of U.S. Army helicopter crashes: 1979-1985[J].Aviation Space and Environmental Medicine,1989,60(2):112-121.

        [2]張弘,魏榕祥.通用飛機(jī)抗墜撞設(shè)計指南[M].北京:航空工業(yè)出版社,2009.4-7.

        [3]陳爽,袁中凡,等.國產(chǎn)碰撞假人的設(shè)計與分析[J].四川大學(xué)學(xué)報,2008,5:178-182.

        [4]R.Happee,R.van Haaster.Optimisation of vehicle passive safety for occupant with varying anthropometry. EASi Engineering,1998,9:119-124.

        [5]Viano,D.C.,andArePally,5.,Assessing the Safety Performanee of OeeuPant Restraint Systems, SAEPaper 902328.

        [6]馬紅磊,劉炳坤,等.SZM510與HyridⅢ假人著陸沖擊響應(yīng)特性的比較研究[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程,2005,10:344-346.

        [7]戢敏,雷經(jīng)發(fā),等.直升機(jī)抗墜毀試驗(yàn)假人下肢動力學(xué)性能的計算機(jī)仿真研究[J].振動與沖擊,2013,3:56-59.

        [責(zé)任編輯:王偉平]

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