武和全，彭金平，鄧曉順，金 鑫，胡 林

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，工程車(chē)輛輕量化與可靠性技術(shù)湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410004；2.韋恩州立大學(xué)生物工程中心，美國(guó)底特律 48201）

前言

根據(jù)我國(guó)統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的數(shù)據(jù)，截止到2017年末，65歲以上的人口已經(jīng)達(dá)到了15 831萬(wàn)，占總?cè)丝诘?1.4%，而到2018年末，則已經(jīng)達(dá)到16 658萬(wàn)，老年人口僅僅一年就增加了5.2%［1］。過(guò)去幾年道路交通死亡人數(shù)中，老年人的比例穩(wěn)步上升［2］。根據(jù)2002年出版的美國(guó)老齡管理局報(bào)告，每10個(gè)交通事故死亡人口中就有一個(gè)為年齡60歲以上的女性，且未來(lái)幾十年將持續(xù)增加。女性老年人更多地被卷入交通事故中，她們?cè)谲?chē)禍安全事故中面臨的危險(xiǎn)性更大。這些數(shù)據(jù)表明，老年女性在交通事故中是需要特別關(guān)注其安全性的人群。

在老年人機(jī)動(dòng)車(chē)碰撞事故中，胸部損傷造成的死亡人數(shù)、傷害程度和總體經(jīng)濟(jì)成本僅次于頭部損傷［3］。胸骨是人體胸腔臟器在受到撞擊時(shí)的重要防護(hù)區(qū)域［4］，同時(shí)也是碰撞事故中最容易受傷害的部位之一。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，人們就已經(jīng)針對(duì)人體胸部生物力學(xué)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，并獲得大量的相關(guān)數(shù)據(jù)。2000年以前，研究人員主要關(guān)注正面碰撞過(guò)程中轉(zhuǎn)向盤(pán)中心和轉(zhuǎn)向盤(pán)輪緣對(duì)駕駛員胸腹部碰撞下的損傷響應(yīng)［5］；近年來(lái)的研究主要集中在乘員受到約束系統(tǒng)（如安全帶和安全氣囊）作用載荷時(shí)的胸部損傷響應(yīng)［6-8］；而最新的焦點(diǎn)無(wú)疑是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的相關(guān)研究［9］。

人體胸部損傷生物力學(xué)研究中所得到的數(shù)據(jù)已經(jīng)大量運(yùn)用于碰撞實(shí)驗(yàn)假人的開(kāi)發(fā)和傷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的建立，并逐步運(yùn)用到有限元人體模型（human body model，HBM）的構(gòu)建中。隨著汽車(chē)安全氣囊和安全帶等被動(dòng)安全裝置的大規(guī)模普及，乘員頭部和頸部都已得到很好的保護(hù)，而對(duì)于胸部的保護(hù)則相對(duì)不夠完善。典型的工況是，在發(fā)生碰撞事故時(shí)，即使配備先進(jìn)的安全帶和安全氣囊等乘員約束系統(tǒng)，駕駛員胸部與轉(zhuǎn)向盤(pán)輪緣之間仍然會(huì)接觸而導(dǎo)致胸部損傷［10］。

人體尸體（post-mortem human subjects，PMHS）實(shí)驗(yàn)經(jīng)常被用于評(píng)估人體生物力學(xué)響應(yīng)和碰撞傷害耐受度。由于測(cè)試用的尸體往往與車(chē)禍主要受害者的年齡不符，且尸體大多是年邁的男性，幾乎沒(méi)有兒童，以及尸體來(lái)源變得越來(lái)越短缺，面臨的倫理道德壓力也越來(lái)越大等，尸體實(shí)驗(yàn)一直受到限制。PMHS實(shí)驗(yàn)并不能模擬出在碰撞瞬間駕駛員的肌肉硬度和身體反應(yīng)，因此PMHS并不能精確地反映駕駛員胸部的響應(yīng)［11］。如果將PMHS實(shí)驗(yàn)與HBM仿真相結(jié)合將更有益于人體胸部碰撞響應(yīng)的研究。

本研究通過(guò)分析老年HBM的損傷響應(yīng)，結(jié)合相關(guān)尸體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，評(píng)估受到轉(zhuǎn)向盤(pán)輪緣沖擊時(shí)老年人胸部損傷生物力學(xué)響應(yīng)，并進(jìn)行測(cè)試以確定老年人體胸部響應(yīng)隨載荷分布和位置的變化規(guī)律。本研究是美國(guó)韋恩州立大學(xué)生物工程中心老年人體模型（代號(hào)為CHARM_70）開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的部分工作。

1 老年人體有限元模型的建立與驗(yàn)證

1.1 有限元模型的建立

老年人體有限元模型的建立非常復(fù)雜。根據(jù)Gayzik等［12］的研究，隨著年齡增加，老年人肋骨更加垂直于脊柱，且肋骨角度（從肋骨的最上后點(diǎn)到肋骨的最上前點(diǎn)）隨著年齡而變化。肋骨角度取決于年齡、性別、體質(zhì)量和BMI（體質(zhì)指數(shù)，即體質(zhì)量除以身高的平方）。隨著年齡的增加，胸部幾何形狀的變化變得更加突出，因此須考慮創(chuàng)建一個(gè)能代表50百分位70歲人體的有限元模型。

根據(jù)美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，50百分位70歲女性身高為1.6 m，體質(zhì)量為73 kg。通過(guò)收集志愿者的醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)，并結(jié)合Gayzik等［12］發(fā)表的數(shù)據(jù)，建立了一個(gè)70歲的老年女性人體幾何模型。由于幾何模型缺乏人體的三維細(xì)節(jié)，因此創(chuàng)建了一個(gè)70歲人體胸部三維有限元模型。在尸體實(shí)驗(yàn)方面找到一個(gè)完全符合疾病控制和預(yù)防中心數(shù)據(jù)所描述的尸體并非易事。在韋恩州立大學(xué)生物工程實(shí)驗(yàn)中心找到最接近的是編號(hào)為938的PMHS（年齡73歲，身高1.6 m，體質(zhì)量62 kg）。在韋恩州立大學(xué)的機(jī)構(gòu)審查委員會(huì)/人類(lèi)調(diào)查委員會(huì)的批準(zhǔn)下，此PMHS被選中用于計(jì)算機(jī)CT掃描，以提取胸部骨骼幾何圖形。

尸體在密歇根州的醫(yī)院放射科進(jìn)行掃描。掃描分辨率設(shè)置為全身1.0 mm×1.0 mm×5.0 mm。收集醫(yī)學(xué)圖像后，使用Mimics12.0完成掃描的3D渲染，并對(duì)肋骨進(jìn)行光滑處理，從www.cancerarchieve.net上的在線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到65歲的女性CT掃描數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)用于提取心臟、肺、肝臟、腎臟、胰腺、脾臟、膽囊、主動(dòng)脈、腔靜脈和其他腹部組織的幾何形狀。通過(guò)3D圖像渲染得到軟組織的3D表面數(shù)據(jù)。除內(nèi)部器官和血管外，還通過(guò)個(gè)人通信從密歇根大學(xué)交通研究所的豐田證監(jiān)會(huì)（協(xié)作安全研究中心）項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出人體形狀的外部輪廓。在確定了胸廓的詳細(xì)幾何模型后，進(jìn)行初步的網(wǎng)格劃分。一旦生成初步網(wǎng)格，將在Hypermesh 10.0的幫助下，根據(jù)某些元素質(zhì)量檢查參數(shù)進(jìn)行精煉。進(jìn)行必要的質(zhì)量檢查，同時(shí)修改網(wǎng)格參數(shù)的屬性，如雅可比值＜0.4，翹曲＜50，縱橫比＜5，傾斜角＜60°，平均單元尺寸約3 mm等。最后在Ls-dyan上進(jìn)行材料和屬性的定義，完成模型的建立。圖1示出開(kāi)發(fā)老年人體模型的主要過(guò)程。此外，目前的研究還采用了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法，以確保最終的有限元模型代表50百分位70歲人體模型。

圖1 開(kāi)發(fā)有限元老年人體模型的示意圖

圖2 示出老年人體軀干骨骼的組成與軟組織器官的位置，該模型由大約600 000個(gè)實(shí)體元素、200 000個(gè)殼元素和300個(gè)一維元素組成。開(kāi)發(fā)的老年駕駛員胸部模型的部分材料屬性數(shù)據(jù)如表1所示。它直接取自GHBMC模型。然而，軟組織損傷預(yù)測(cè)的閾值基于THUMS 4.0版中規(guī)定的Shigeta等［13］使用的閾值，見(jiàn)表2。盡管報(bào)道了與年齡有關(guān)的特性，但文獻(xiàn)中沒(méi)有報(bào)道軟組織與年齡相關(guān)閾值的變化。因此，在本研究中，Shigeta所使用的基于可用測(cè)試數(shù)據(jù)的值被作為70歲模型中軟組織損傷預(yù)測(cè)的閾值進(jìn)行調(diào)整。

1.2 老年人體胸部有限元模型的驗(yàn)證

圖2 老年軀干模型

模型建立后須經(jīng)驗(yàn)證，才能進(jìn)行仿真。據(jù)了解，Kroell等［14-15］在40多年前對(duì)37個(gè)尸體標(biāo)本的胸部進(jìn)行了碰撞，其中有8個(gè)年齡不同的女性樣本。表3列出了這些樣品的特征和不同的碰撞邊界條件。碰撞設(shè)置如圖3所示。為對(duì)有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證，須分析每個(gè)樣本的受力和胸部壓縮量。其中，6號(hào)尸體實(shí)驗(yàn)所使用的擺錘質(zhì)量明顯低于其他實(shí)驗(yàn)，6號(hào)和8號(hào)尸體實(shí)驗(yàn)的碰撞速度明顯高于其他實(shí)驗(yàn)，因此排除這兩個(gè)樣本進(jìn)行力和胸部壓縮量的響應(yīng)比較。 對(duì)CHARM_70老年人體模型的驗(yàn)證，仿真設(shè)置如圖3所示。圓盤(pán)邊緣直徑為152 mm、質(zhì)量為19.5 kg的無(wú)襯墊擺錘以7 m/s的速度撞擊在模型的中間胸骨位置。然后進(jìn)行力和胸部壓縮量的對(duì)比來(lái)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。選用由Kroell等在表3中編號(hào)分別為1、2、3、4、5、7號(hào)尸體實(shí)驗(yàn)中的碰撞數(shù)據(jù)，圖4中將力和胸部壓縮量響應(yīng)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。對(duì)尸體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放，以使實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果的慣性效應(yīng)相當(dāng)。由圖可見(jiàn)，仿真與實(shí)驗(yàn)的力和胸部壓縮量趨勢(shì)相同，仿真的數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi)，即仿真數(shù)據(jù)與尸體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匹配度較高。

Kroell等進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)報(bào)道了與肋骨骨折和軟組織有關(guān)的損傷。在所有的實(shí)驗(yàn)中肋骨骨折是常見(jiàn)的。CHARM_70模型實(shí)驗(yàn)中能預(yù)測(cè)到7處肋骨骨折（圖5），肋骨骨折用單元缺失表示。由此進(jìn)一步驗(yàn)證了CHARM_70模型的準(zhǔn)確性。老年人體模型胸部碰撞的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)如圖6所示，隨著時(shí)間的推移，胸部變形越來(lái)越大。

表1 CHARM_70胸部模型的部分材料屬性

表2 70歲女性模型器官損傷預(yù)測(cè)閾值

由圖6可見(jiàn)，該老年人體能真實(shí)模擬人體胸部在受到正面鈍性沖擊時(shí)的反應(yīng)，人體受力變形曲線(xiàn)在尸體實(shí)驗(yàn)響應(yīng)的范圍內(nèi)，因此認(rèn)為該老年人體整體模型在該工況下的驗(yàn)證有效。

1.3 整車(chē)尸體正面碰撞實(shí)驗(yàn)

參考Petitjean等［16］的尸體實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)行了老年人體模型胸部整體正面碰撞實(shí)驗(yàn)研究。美國(guó)韋恩州立大學(xué)使用尸體樣本進(jìn)行了正面臺(tái)車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)，其碰撞運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)和仿真碰撞對(duì)比如圖7所示。

表3 擺錘碰撞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與CHARM_70的對(duì)比

圖3 圓盤(pán)擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)裝置（左）和圓盤(pán)擺錘沖擊仿真設(shè)置（右）

圖4 圓盤(pán)擺錘碰撞力 胸部壓縮量對(duì)比

圖5 CHARM_70模型胸部肋骨骨折示意圖

圖6 老年人體模型胸部正面碰撞運(yùn)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)

圖7 尸體實(shí)驗(yàn)與CHARM_70模型正面碰撞運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)對(duì)比

在仿真中，設(shè)置與尸體實(shí)驗(yàn)相同的加速度曲線(xiàn)，該加速度曲線(xiàn)由歐洲新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程（EURONCAP）認(rèn)定，代表車(chē)體以64 km/h速度撞擊可變形壁障的加速度響應(yīng)。本文中為與尸體實(shí)驗(yàn)樣本對(duì)比，利用LS-Prepost軟件設(shè)置安全帶限力4 kN。座椅剛性結(jié)構(gòu)與車(chē)體進(jìn)行剛性連接。調(diào)節(jié)人體姿態(tài)使其處于標(biāo)準(zhǔn)駕駛姿態(tài)，手臂置于汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)上。使用LS-DYNA有限元求解器進(jìn)行計(jì)算，人體模型在該工況下的響應(yīng)如圖7所示。由圖可見(jiàn)，人體在受到車(chē)體的減速度時(shí)由于慣性向前傾斜，但在安全帶的約束下并未發(fā)生很大的前傾情況，符合人體在車(chē)輛前撞中的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)。尸體樣本響應(yīng)與模型仿真具有相同的趨勢(shì)，從而驗(yàn)證了CHARM_70模型的有效性。

2 老年人體胸部碰撞響應(yīng)研究

2.1 碰撞邊界條件定義

參考Holmqvist等［17］的尸體實(shí)驗(yàn)，對(duì)兩個(gè)老年P(guān)MHS（PMHS1-80歲和PMHS2-65歲）進(jìn)行了5次擺錘碰撞實(shí)驗(yàn)。碰撞擺錘裝置如圖8所示，碰撞用的擺錘前端裝有一個(gè)邊緣直徑為152 mm的圓盤(pán)B，或橫著安裝一根長(zhǎng)400 mm、直徑30 mm的可拆卸的圓鋼桿A，用于模擬轉(zhuǎn)向盤(pán)輪緣的載荷分布。后面是兩個(gè)可拆卸的擺錘配重C，用以調(diào)整撞擊質(zhì)量。設(shè)置了3種不同的碰撞高度，如圖9所示。其中中間位置表示第4與第5肋骨中間位置，高處位置和低處位置分別為中間位置上移50 mm 和下移50 mm?；疑硎緢A盤(pán)碰撞，黑色表示圓桿碰撞。中間位置的圓盤(pán)擺錘碰撞被作為參考，與其它設(shè)置下的損傷標(biāo)準(zhǔn)（例如胸部最大壓縮量Cmax和最大黏性響應(yīng)系數(shù)VCmax）相比較。

圖8 碰撞擺錘裝置

圖9 實(shí)驗(yàn)與仿真胸部碰撞位置

兩種撞擊頭，3種碰撞高度，加上沖擊速度和質(zhì)量的變化，共設(shè)置5種撞擊工況：1-3為圓桿以2.4 m/s的速度和25.8 kg的撞擊質(zhì)量進(jìn)行中、高、低位3次碰撞，分別用BM（bar_middle location）、BH（bar high location）和BL（bar，low location）表示。4為圓盤(pán)以2.4 m/s的速度和23.4 kg的撞擊質(zhì)量對(duì)中間位置進(jìn)行一次碰撞，用DM（disk，middle location）表示。5為圓桿以3.73 m/s的速度和9.6 kg的撞擊質(zhì)量對(duì)中間位置進(jìn)行一次碰撞，用BM*（bar，middle location with higher speed and smaller mass）表示。選擇擺錘的質(zhì)量和速度時(shí)，保持低于會(huì)引發(fā)肋骨骨折的水平［18］。

另一方面，采用CHARM_70老年人體模型，參照PMHS1和PMHS2擺錘撞擊實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，進(jìn)行同樣5種工況的HBM仿真碰撞，并對(duì)胸部響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2 胸部響應(yīng)的評(píng)價(jià)方法

胸部損傷有多種形式，如胸腔內(nèi)部心臟、肺部、血管的損傷和肋骨的骨折等。雖然肋骨骨折是很?chē)?yán)重的傷害，但一兩根肋骨的損傷對(duì)整個(gè)胸部損傷影響較小。然而當(dāng)使用尸體來(lái)評(píng)估胸部損傷時(shí)，肋骨骨折是唯一的評(píng)價(jià)方法，因?yàn)樾呐K和肺部的損傷通常在尸體中無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估。由于人體傷害耐受度不同，肋骨骨折的數(shù)量與胸部器官損傷的嚴(yán)重程度并沒(méi)有很大的差別。

在本研究中，碰撞載荷設(shè)置較小，因此在不會(huì)引起骨折的范圍內(nèi)，使用兩種最常用的損傷標(biāo)準(zhǔn)，胸部最大壓縮量Cmax和最大黏性響應(yīng)系數(shù)VCmax來(lái)評(píng)估胸部響應(yīng)。胸部壓縮量C定義為碰撞前后胸部厚度之差。而胸部厚度則隨碰撞高度，即隨撞擊頭與胸部接觸部位而變化，定義為在碰撞高度的橫截面上，胸部后背皮膚中點(diǎn)至撞擊頭前端線(xiàn)的距離，以D（t）表示。t為時(shí)間，說(shuō)明在碰撞過(guò)程中，胸部厚度隨時(shí)間而變。設(shè)碰撞初始時(shí)刻t=0，碰撞持續(xù)時(shí)間為t1，即碰撞終了時(shí)刻t=t1，則胸部壓縮量C=D（0）-D（t1）。為衡量胸部壓縮的程度，需要引入另一個(gè)指標(biāo)，即胸部壓縮率Cr，定義為胸部壓縮量與胸部初始厚度的比值，即

圖10示出胸部壓縮率與碰撞速度的關(guān)系［19］，而不同的壓縮率又往往代表不同的胸部損傷類(lèi)型。

黏性響應(yīng)系數(shù)VC主要用于高速碰撞下的軟組織損傷評(píng)估，它表明損傷是瞬時(shí)胸部速度和胸部壓縮百分比的乘積：

圖10 速度與胸部損傷類(lèi)型的關(guān)系

式中：D（t）為隨時(shí)間t變化的胸腔厚度，m；D（0）為胸腔的初始厚度，m。

2.3 胸部響應(yīng)分析

Holmqvist等［17］在實(shí)驗(yàn)中已對(duì)兩個(gè)PMHS進(jìn)行了縮放。CHARM_70代表50百分位的70歲老人，本次實(shí)驗(yàn)無(wú)需再進(jìn)行縮放。PMHS的縮放程序完成后，對(duì)響應(yīng)進(jìn)行分析。繪制力胸部壓縮量圖，并對(duì)碰撞條件的響應(yīng)進(jìn)行比較。CHARM_70模型與縮放后PMHS響應(yīng)的力 胸部壓縮量的關(guān)系如圖11所示。CHARM_70模型碰撞過(guò)程中的最大受力范圍為0.72～1.94 kN，最大胸部壓縮量范圍為31～67 mm。PMHS1碰撞過(guò)程中的最大受力范圍為0.94～1.86 kN，最大胸部壓縮量范圍為43～65 mm。PMHS2碰撞過(guò)程中的最大受力范圍為0.84～1.84 kN，最大胸部壓縮量范圍為42～63 mm。從圖11還可以看出，在圓桿碰撞CHARM_70模型的4種工況中，碰撞胸部高處位置時(shí)（BH），胸部壓縮量最小，但胸部受力的峰值最大。

圖12和圖13分別示出仿真（CHARM_70）和實(shí)驗(yàn)（PMHSs）結(jié)果的胸部最大壓縮率Cr，max和胸部最大黏性響應(yīng)系數(shù)VCmax。由圖可見(jiàn)，相對(duì)于PMHSs，CHARM_70模型的胸部最大壓縮率較小。當(dāng)使用圓盤(pán)碰撞中間位置（DM）時(shí)，CHARM_70模型的胸部最大壓縮率為23.4%，比圓桿碰撞中間位置（BM）時(shí)，多了約3個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)使用圓桿碰撞低處位置（BL）時(shí)，CHARM_70模型胸部最大壓縮率最大，為22.3%，比中間位置（BM）和更高位置（BH）都大。從圖12還可以看出，PMHS1、PMHS2與CHARM_70模型的胸部最大壓縮率差別很小。

圖11 在5種不同條件下的力胸部壓縮量曲線(xiàn)

縮放后PMHS1和PMHS2的最大黏性響應(yīng)系數(shù)VCmax與CHARM_70模型VCmax的對(duì)比如圖13所示。CHARM_70模型相同位置的碰撞中，與圓桿碰撞相比，圓盤(pán)碰撞的胸部最大黏性系數(shù)約大38%。對(duì)比圓桿碰撞不同位置的VCmax發(fā)現(xiàn)，碰撞位置越高，胸部最大黏性系數(shù)就越小，低處位置圓桿碰撞（BL）的胸部最大黏性系數(shù)比高處位置圓桿碰撞（BH）大70%；碰撞高度對(duì)PMHS1和PMHS2胸部最大黏性系數(shù)的影響趨勢(shì)與CHARM_70模型相似。

由圖12和圖13對(duì)比可見(jiàn)，各工況之間Cr，max的差別比各工況之間VCmax的差別小。

2.4 胸部初始厚度的計(jì)算

本次研究主要是了解不同的撞擊頭和不同的碰撞位置、速度與質(zhì)量對(duì)老年人胸部損傷的影響。相對(duì)于Kroell等的胸部圓盤(pán)碰撞實(shí)驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)一直保持碰撞能量在一個(gè)較低的水平，目的是避免胸部肋骨骨折，以保持胸腔的完整度，且可研究在較低傷害情況下的胸部響應(yīng)。

圖12 仿真和實(shí)驗(yàn)的胸部最大壓縮率C r，max

圖13 仿真和實(shí)驗(yàn)的胸部最大黏性系數(shù)VC max

前面提及，評(píng)估胸部響應(yīng)的兩個(gè)最常用的損傷標(biāo)準(zhǔn)是胸部最大壓縮量Cmax和最大黏性響應(yīng)系數(shù)VCmax。它們的確定都需要計(jì)算胸腔初始厚度D（0）。但D（0）受不同因素的影響，首先是碰撞高度的影響，由于人體胸部的空間外廓在不同高度上的截面不同，D（0）自然隨高度而變化；其次是撞擊頭的影響，即使在同一高度上，由于圓盤(pán)和橫向圓桿的形狀不同，它們與胸部的接觸部位也不同。

由于胸部突起，圓桿會(huì)首先與胸部?jī)蛇吔佑|，圓盤(pán)則與胸部正中部位接觸，即圓盤(pán)的位置會(huì)比圓桿更靠近胸部后背，因而使D（0）較小，這點(diǎn)應(yīng)該引起注意。

3 結(jié)論

對(duì)CHARM_70老年人體有限元胸部模型進(jìn)行驗(yàn)證，從圓盤(pán)擺錘胸部碰撞仿真可以看出，胸部的受力大小和壓縮量落在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，肋骨骨折數(shù)量為7，與尸體實(shí)驗(yàn)一致。對(duì)整車(chē)胸部正面碰撞仿真的結(jié)果表明，CHARM_70模型與尸體實(shí)驗(yàn)具有相似的運(yùn)動(dòng)學(xué)響應(yīng)，CHARM_70胸部模型具有良好的逼真度。

從CHARM_70模型與尸體實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以得出結(jié)論：老年人在胸部受到碰撞時(shí)，圓桿碰撞的受力比圓盤(pán)擺錘的受力更小，當(dāng)碰撞載荷由圓盤(pán)改為圓桿時(shí)導(dǎo)致載荷分散，胸部受力減小；圓桿碰撞的響應(yīng)取決于其與胸部的碰撞位置，高處位置圓桿碰撞的胸部平均響應(yīng)為中部圓桿碰撞的82%，低處位置圓桿碰撞的胸部平均響應(yīng)為中部圓桿碰撞的111%；即當(dāng)碰撞點(diǎn)的位置降低時(shí)，胸部的最大壓縮量逐漸增加，胸部最大黏性響應(yīng)增大，但是胸部接觸力會(huì)隨之減??；當(dāng)碰撞點(diǎn)的位置升高時(shí)，胸部受力將會(huì)增加，但胸部的壓縮量和胸部黏性響應(yīng)系數(shù)都會(huì)降低。當(dāng)碰撞載荷改變時(shí)，胸部響應(yīng)也會(huì)改變。

雖然研究中并沒(méi)有足夠多的數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證老年人在轉(zhuǎn)向盤(pán)輪緣碰撞胸部時(shí)的響應(yīng)，但通過(guò)與尸體實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，確認(rèn)了胸部響應(yīng)變化的規(guī)律，可以用于老年駕駛員安全系統(tǒng)的研發(fā)，并對(duì)降低老年駕駛員在碰撞過(guò)程中的胸部損傷提供指導(dǎo)作用。