喬維高，孫兆軒

(武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

我國(guó)交通事故死亡人數(shù)連續(xù)數(shù)年居世界首位，并一度超過(guò)十萬(wàn)人，其中行人的死亡比例超過(guò)40%[1]。行人與轎車發(fā)生碰撞的過(guò)程中，最易受傷的部位是頭部和大腿，其中頭部傷害是最為致命的。成人的頭部在交通事故中主要與發(fā)動(dòng)機(jī)罩發(fā)生接觸。因此，開展汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩在交通事故中對(duì)行人頭部保護(hù)的研究更加刻不容緩。

筆者首先建立了滿足我國(guó)法規(guī)規(guī)定的頭型沖擊器有限元模型，并驗(yàn)證了其有效性，然后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩板總成進(jìn)行了有限元建模；接著對(duì)頭型沖擊器與發(fā)動(dòng)機(jī)罩板的碰撞進(jìn)行仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。最后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)板進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，重新分配了內(nèi)板上的材料密度，并對(duì)優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)罩板再次進(jìn)行了碰撞仿真，驗(yàn)證了優(yōu)化的有效性。

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1　模型的建立

礙于碰撞試驗(yàn)的破壞性和危險(xiǎn)性，仿真模擬成為了汽車碰撞響應(yīng)特性研究的主要研究手段。碰撞模型主要由頭型沖擊器模型和發(fā)動(dòng)機(jī)罩板有限元模型兩部分組成。

在核設(shè)施的輻射防護(hù)上，起初認(rèn)為只要保護(hù)了人類，也就保護(hù)了其他物種。1976年，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)明確提出非人類物種的保護(hù)問(wèn)題，1990年國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)提出的在保護(hù)人類的同時(shí)還需要保護(hù)人類賴以生存和發(fā)展的其他生物的輻射防護(hù)觀點(diǎn)逐漸為人們所認(rèn)可。因此，從保護(hù)環(huán)境、維持生物多樣性的角度，需要評(píng)價(jià)核設(shè)施對(duì)于生物的輻射影響。國(guó)外在該方面進(jìn)行了較多的研究，并研發(fā)了專門軟件，得到了廣泛應(yīng)用。

1.1　頭型沖擊器有限元模型

行人保護(hù)法規(guī)對(duì)行人與車輛碰撞試驗(yàn)中行人頭部模型有嚴(yán)格的力學(xué)特性要求[2]。使用CATIA軟件參照文獻(xiàn)[3]建立頭型沖擊器幾何模型，如圖1所示。分別給頭皮、頭骨和后端蓋設(shè)定材料密度，得到的模型總質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理參數(shù)如圖2所示，其結(jié)果顯示，所建立的幾何模型符合GB/T 24550-2009標(biāo)準(zhǔn)。

圖1　頭型沖擊器幾何模型

圖2　物理參數(shù)界面圖

將建立的頭型沖擊器幾何模型導(dǎo)入HYPERMESH軟件中，進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分，如圖3所示。六面體網(wǎng)格作為劃分網(wǎng)格的主要形式，其中頭皮、頭骨和后端蓋是使用共節(jié)點(diǎn)的方式來(lái)模擬連接[4]，以提高仿真的精度。

圖3　頭型沖擊器有限元模型

頭皮部位所使用的材料為聚乙烯，通常使用LS-DYNA材料庫(kù)中的MAT6粘彈性材料模型來(lái)模擬。頭型沖擊器的鋁制頭骨部分以及后蓋相對(duì)于頭皮部分來(lái)說(shuō)可以看作是剛體，因此可以使用MAT20號(hào)剛性材料Mat-rigid。為確保發(fā)動(dòng)機(jī)罩板與頭型沖擊器有效接觸并使計(jì)算穩(wěn)定，抽取了頭皮部分最外層三維網(wǎng)格的面網(wǎng)格，對(duì)其賦予空材料(MAT9)，并在該面網(wǎng)格與發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板之間定義接觸。至此，初步完成了頭型沖擊器有限元模型的建模工作。

1.2　發(fā)動(dòng)機(jī)罩板有限元模型的建立

頭型沖擊器在下落時(shí)，后平面應(yīng)與垂直方向有固定夾角，夾角為65°±2°。碰撞前，應(yīng)保證其只做垂直運(yùn)動(dòng)，而沒(méi)有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式。碰撞過(guò)程中，應(yīng)保證其質(zhì)心處的峰值加速度在225～275 g之間。

圖4　發(fā)動(dòng)機(jī)罩板網(wǎng)格劃分(外板)

網(wǎng)格劃分結(jié)束后，需要檢查網(wǎng)格的有效性，即是否滿足翹曲度、長(zhǎng)寬比、雅克比、扭曲度等要求。在車身鈑金件劃分網(wǎng)格中一般將網(wǎng)格尺寸大小控制在10 mm左右、最小邊小于5 mm、翹曲度大于45°、最小角小于45°、最大角大于135°、雅克比小于0.6的網(wǎng)格數(shù)均控制在小于1%～2%的范圍內(nèi)。經(jīng)檢查，發(fā)動(dòng)機(jī)罩網(wǎng)格劃分結(jié)果各質(zhì)量指標(biāo)控制在0%，很好地滿足了網(wǎng)格的質(zhì)量要求。

發(fā)動(dòng)機(jī)罩板的材料為鋼材，可選用能夠反映材料彈塑性力學(xué)性能的材料MAT24進(jìn)行模擬。在發(fā)動(dòng)機(jī)罩板的連接與約束方面，內(nèi)板與左右鉸鏈部分使用螺栓連接；內(nèi)板與加強(qiáng)板以及內(nèi)板與外板之間采用剛性連接。

2　碰撞仿真模擬

2.1　頭型沖擊器模型的標(biāo)定

(1)在我國(guó)行人保護(hù)法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)頭型沖擊器進(jìn)行了建模，并進(jìn)行了頭型沖擊器自由跌落仿真試驗(yàn)以驗(yàn)證頭型沖擊器的可靠性。結(jié)果表明，所建立的成人頭型沖擊器模型是有效的。

發(fā)動(dòng)機(jī)罩板是車身覆蓋件中面積最大的殼體空間曲面，總成是由外板、內(nèi)板以及加強(qiáng)板組成。以某款汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)罩作為研究對(duì)象，將其CATIA模型導(dǎo)入到HYPERMESH中，分別對(duì)外板、內(nèi)板及其加強(qiáng)板進(jìn)行了幾何清理、提取中面和網(wǎng)格劃分。發(fā)動(dòng)機(jī)罩網(wǎng)格劃分如圖4所示，整個(gè)模型共有56 578個(gè)節(jié)點(diǎn)和56 480個(gè)單元。

圖5　頭型沖擊器標(biāo)定試驗(yàn)示意圖

在HYPERMESH的頭型沖擊器文件中建立一塊剛性板，與頭型沖擊器組成自由跌落試驗(yàn)的仿真模型，參照法規(guī)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，定義合適的接觸與輸出后，導(dǎo)出LS-DYNA可辨別的k文件，使用LS-DYNA軟件打開該文件進(jìn)行顯式計(jì)算。使用HyperView對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行濾波處理，最終得到的頭型加速度曲線如圖6所示，其最大值為232.385 g，在法規(guī)規(guī)定的質(zhì)心處加速度值225 g～275 g的范圍內(nèi)。

（1）數(shù)碼相機(jī)將進(jìn)一步融入其他設(shè)備，首先是電話、電冰箱、墻壁、桌子、珠寶，最終是我們的皮膚。無(wú)間斷的記錄成為可能，一個(gè)全景式監(jiān)獄，沒(méi)有傳統(tǒng)相機(jī)那警示性的外形，提醒潛在的對(duì)象可能會(huì)發(fā)生什么。[1]149

圖6　頭型沖擊器質(zhì)心加速度曲線

2.2　碰撞仿真參數(shù)的設(shè)定

將頭型沖擊器導(dǎo)入到該發(fā)動(dòng)機(jī)罩總成模型中，建立滿足法規(guī)要求(GB/T 24550-2009)的碰撞角度與碰撞速度[7]，如圖7所示。根據(jù)法規(guī)要求，沖擊方向應(yīng)在車輛的縱向平面內(nèi)，相對(duì)于前部結(jié)構(gòu)應(yīng)向后和向下，撞擊角度為65°，撞擊時(shí)的速度為9.7 m/s，分解到y(tǒng)方向(汽車前進(jìn)方向)和z方向(垂直于地面方向)的分量分別為4.099 m/s和-8.791 m/s。頭型沖擊器與發(fā)動(dòng)機(jī)罩板的類型為Surface To Surface，摩擦系數(shù)設(shè)定為0.5。發(fā)動(dòng)機(jī)罩板總成與頭型沖擊器的類型均為SingleSurface，摩擦系數(shù)均設(shè)定為0.2。

圖7　頭型沖擊器與發(fā)動(dòng)機(jī)罩板碰撞模擬

2.3　碰撞仿真結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化后，圖12中圓圈所示4個(gè)區(qū)域有比較明顯的材料減少。區(qū)域1是內(nèi)板的邊緣處，由于需要與外板進(jìn)行連接，還要與左邊鉸鏈支撐板進(jìn)行螺栓連接，因此僅對(duì)此處進(jìn)行較小的材料修剪，本次設(shè)計(jì)對(duì)此處挖去一個(gè)直徑為40 mm的小型孔。區(qū)域2是內(nèi)板的中間部位，此處的原結(jié)構(gòu)特征是一個(gè)比較平整的板面，只在左右兩邊與兩個(gè)鏤空的過(guò)度處有較窄的沖壓筋，因此此處可以做較大的材料去除，本次設(shè)計(jì)對(duì)此處挖去一個(gè)最大尺寸為140 mm×240 mm的不規(guī)則長(zhǎng)方形鏤空。區(qū)域3是內(nèi)板的沖壓筋位置，不便于做修改。區(qū)域4是內(nèi)板的下邊緣平面，此處中間位置是與加強(qiáng)板的連接區(qū)域，不宜做修改，本次優(yōu)化僅在兩邊位置各挖去一個(gè)直徑為80 mm的孔洞。整個(gè)拓?fù)鋬?yōu)化后的內(nèi)板結(jié)構(gòu)如圖13所示。

總而言之，全面落實(shí)制造型企業(yè)動(dòng)態(tài)成本管理工作，不但可以有效提高企業(yè)財(cái)務(wù)管理質(zhì)量，同時(shí)還能便于職工更好的掌握企業(yè)發(fā)展情況，實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)模式的優(yōu)化，引導(dǎo)企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。在落實(shí)成本管理工作時(shí)，常常會(huì)存在一些問(wèn)題，在這種情況下，要求制造企業(yè)做好各項(xiàng)問(wèn)題分析工作，把動(dòng)態(tài)成本管理理念融合其中，從動(dòng)態(tài)管理角度入手，充分實(shí)施成本管理，減少成本消耗，給企業(yè)創(chuàng)造理想效益，從而促進(jìn)制造型企業(yè)健康發(fā)展。

圖8　碰撞前效果圖

圖9　距中心線0 mm的質(zhì)心加速度曲線

圖10　中心線300 mm的質(zhì)心加速度曲線

圖11　距中心線550 mm的質(zhì)心加速度曲線

觀察以上仿真結(jié)果，3次碰撞的HIC值，隨著距離幾何對(duì)稱中心線越遠(yuǎn)，其值逐漸增高。這是由于發(fā)生碰撞的位置越靠近邊緣[8]，發(fā)動(dòng)機(jī)罩板的能量傳遞范圍越小，引起的形變量也會(huì)變小，從而有效的緩沖吸能空間也逐漸減少。

雖然前兩次碰撞的加速度峰值逐漸降低，但是每條加速度曲線的值隨著時(shí)間衰減的速度越來(lái)越緩慢，較高的質(zhì)心加速度持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使300 mm處HIC值比0 mm處的值高。而550 mm處不但加速度峰值最高，而且高加速度持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，因此得到的HIC值是最大的，且已經(jīng)超過(guò)了安全閾值1 000，對(duì)行人安全有很大威脅，因此需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

3　發(fā)動(dòng)機(jī)罩改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1　改進(jìn)方案

發(fā)動(dòng)機(jī)罩板分為外板和內(nèi)板，其中外板為空間曲面板，主要作用除了起到與行人碰撞時(shí)吸收能量和緩沖頭部傷害，還要與車身其他覆蓋件進(jìn)行協(xié)調(diào)一致，因此不容易對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)。筆者只對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，方法是在承受載荷較小的部位進(jìn)行鏤空、均勻布置孔洞，以達(dá)到降低自身剛度，增大碰撞時(shí)形變量的優(yōu)化目的。

前面已經(jīng)建立了包含殼單元、屬性、材料、載荷和約束在內(nèi)的有限元模型?，F(xiàn)在要做的是對(duì)模型進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，目的是減少內(nèi)板材料的使用，以降低內(nèi)板的剛度。但是，材料減少可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)板剛度過(guò)于降低而使其在受力時(shí)變形過(guò)度加劇，因此，在優(yōu)化過(guò)程中需要對(duì)內(nèi)板的位移施加一個(gè)約束，這樣可以在內(nèi)板的形變量與總體剛度上達(dá)到一定的平衡，在本次優(yōu)化中，約束使其在z方向的位移不超過(guò)12 mm。在HYPERMESH中的optisruct功能中查看優(yōu)化結(jié)果，如圖12所示。

圖12　最優(yōu)化布局的等值面圖

將上述建立的模型導(dǎo)入到LS-DYNA軟件中進(jìn)行計(jì)算，碰撞前的效果圖如圖8所示，再把計(jì)算所得結(jié)果導(dǎo)入到HyperView軟件中進(jìn)行加工和處理，最終所得結(jié)果如圖9～圖11所示。

“回來(lái)了？”呂凌子才發(fā)完短信，沒(méi)睡著，將熱乎乎的大腿壓在丈夫腹部，耐著性子等了許久。歐陽(yáng)鋒理會(huì)妻子的意圖，腦子里亂糟糟的哪還有這個(gè)興致。他將妻子的大腿移開，側(cè)轉(zhuǎn)身，把自己彎成醉蝦模樣。呂凌子問(wèn)他怎么了？歐陽(yáng)鋒說(shuō)酒喝多了，難受。

3.2　改進(jìn)結(jié)果分析

把優(yōu)化后的內(nèi)板有限元模型導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)罩板總成中，重新進(jìn)行頭型沖擊器與發(fā)動(dòng)機(jī)罩板的碰撞仿真實(shí)驗(yàn)，得到的發(fā)動(dòng)機(jī)罩變形情況、頭部質(zhì)心位置加速度曲線和HIC值如圖14～圖17所示。

圖14　碰撞后效果圖

圖15　距中心線0 mm的質(zhì)心加速度曲線

圖16　距中心線300 mm的質(zhì)心加速度曲線

圖17　距中心線550 mm的質(zhì)心加速度曲線

對(duì)比拓?fù)鋬?yōu)化前后的同一位置處頭型沖擊器質(zhì)心加速度曲線可知，最大加速度值減小了，HIC值分別由376.331、486.965、1 006.410降低到了336.272、396.397、791.641，改善了行人與車輛發(fā)生碰撞時(shí)對(duì)行人的保護(hù)，證明了此次優(yōu)化是有效的。

(3)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩進(jìn)行結(jié)構(gòu)上優(yōu)化對(duì)乘員安全保護(hù)起到了至關(guān)重要的作用，是減小乘員在交通事故中受到損傷的有效措施。

4　結(jié)論

對(duì)于建立好的頭型沖擊器模型，法規(guī)規(guī)定需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，以驗(yàn)證其有效性[5-6]。該方法是將頭型沖擊器從376 mm(允許1 mm誤差)高度處以初始速度為0的條件下釋放，使其依靠重力加速度自由下落，撞擊到一個(gè)方形鋼制水平板上，并規(guī)定這一板件的長(zhǎng)、寬、厚應(yīng)分別大于300 mm、300 mm、50 mm。整個(gè)標(biāo)定試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D如圖5所示。

湖南瀏陽(yáng)的雨季出現(xiàn)在5月下旬，為避免降雨高峰時(shí)段出現(xiàn)在施肥后前期，故水樣的采集時(shí)間為施基肥后的第1、2、3、5、7 天，追肥后的第1、2、3、5天的8:30—9:30，以50 mL醫(yī)用注射器采集田面水（李瀚等，2015），在不擾動(dòng)土層的前提下，按S型5點(diǎn)取樣，混合后注入250 mL集水瓶，每個(gè)處理分取3份，將其pH調(diào)為1~2后于-20 ℃冷凍保存，待測(cè)（HJ 636—2012）。

(2)頭型沖擊器與發(fā)動(dòng)機(jī)罩板的碰撞仿真實(shí)驗(yàn)所得HIC值超過(guò)我國(guó)法規(guī)規(guī)定的安全閾值1 000，于是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩板進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化，使得HIC值降到1 000以內(nèi)，優(yōu)化結(jié)果是可靠的。

綜上所述,血清膽紅素水平降低與尿酸水平升高均與冠心病的發(fā)生發(fā)展存在密切聯(lián)系,在臨床中對(duì)血清膽紅素與尿酸進(jìn)行檢測(cè)可有效冠心病疾病的發(fā)生,通過(guò)早期有效干預(yù),對(duì)冠心病發(fā)展發(fā)展起到預(yù)防與推遲作用。因此,血清膽紅素與尿酸檢測(cè)在冠心病臨床診斷中具有重要價(jià)值,值得臨床進(jìn)一步推廣使用。

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2.1 兩組早產(chǎn)兒的機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育情況比較 干預(yù)前兩組早產(chǎn)兒的機(jī)體生長(zhǎng)情況差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)；干預(yù)后，觀察組早產(chǎn)兒在不同時(shí)間段的頭圍、身長(zhǎng)、體重及MDI、PDI評(píng)分均高于對(duì)照組早產(chǎn)兒，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。見(jiàn)表2。

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在2017學(xué)年的生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，安排2015級(jí)學(xué)生到錦州陽(yáng)光能源科技有限公司進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)和校內(nèi)儀表認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，在完成校內(nèi)常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)儀表與裝置認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上，分五個(gè)生產(chǎn)車間進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)，熟悉生產(chǎn)加工工藝和現(xiàn)場(chǎng)儀表的應(yīng)用，合理利用企業(yè)提供的實(shí)時(shí)實(shí)踐環(huán)境，并由技術(shù)人員實(shí)時(shí)為學(xué)生講授新知識(shí)、新技術(shù)方面的專業(yè)前沿選修課、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課等。

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