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        TNO-10假人軀干力學(xué)性能的研究

        2020-09-10 01:24:11楊青顏凌波劉鑫光傅燦
        交通科技與管理 2020年15期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能研究

        楊青 顏凌波 劉鑫光 傅燦

        摘 要:TNO-10假人主要用于安全帶動(dòng)態(tài)測(cè)試試驗(yàn),假人軀干的力學(xué)性能會(huì)直接影響安全帶動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果。本文介紹了兩種TNO-10假人軀干力學(xué)性能研究的方法,通過(guò)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)研究了皮膚硬度不同和骨架不同的假人軀干的力學(xué)性能,為深入研究假人軀干對(duì)安全帶試驗(yàn)的影響提供了參考依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:TNO-10假人;軀干;力學(xué)性能;扭轉(zhuǎn);彎曲

        中圖分類(lèi)號(hào):U467.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        0 引言

        TNO-10假人是主要用于考察汽車(chē)安全帶在碰撞中性能的加載工具。通過(guò)獲得在臺(tái)車(chē)試驗(yàn)中假人胸部位移量和臀部位移量來(lái)評(píng)價(jià)安全帶在事故中對(duì)乘員的保護(hù)效果。目前,我國(guó)汽車(chē)安全行業(yè)所使用的TNO-10假人由于使用年限、試驗(yàn)次數(shù)、生產(chǎn)廠家等不同,造成假人狀態(tài)產(chǎn)生了較大差異,從而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果有較大差異,目前行業(yè)內(nèi)主要使用的幾種假人之間的胸部位移試驗(yàn)結(jié)果差異最大可以達(dá)到100多毫米,行業(yè)內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果一致性情況并不樂(lè)觀。面臨的主要有假人皮膚老化和內(nèi)部骨架損壞而不易察覺(jué)的問(wèn)題,而針對(duì)這兩種情況對(duì)假人力學(xué)性能的影響,國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有提出合適的方法進(jìn)行研究。2018年9月,我國(guó)車(chē)身分標(biāo)委成立了專(zhuān)門(mén)工作組開(kāi)始制定《汽車(chē)安全帶試驗(yàn)用假人》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。分析安全帶動(dòng)態(tài)試驗(yàn)要求可知,假人胸部位移量和臀部位移量都與其軀干有直接關(guān)系,假人軀干的物理性能會(huì)直接影響試驗(yàn)結(jié)果。針對(duì)TNO-10假人軀干的力學(xué)性能,本文提出兩種測(cè)試方法進(jìn)行研究——扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)。

        1 假人簡(jiǎn)介

        TNO-10假人是汽車(chē)碰撞模擬試驗(yàn)中安全帶動(dòng)態(tài)測(cè)試及其研發(fā)試驗(yàn)的加載裝置,為適用配重,設(shè)計(jì)中去除了前臂,并僅有一只小腿,其主要有頭、頸、軀干、大腿和小腿5個(gè)部分構(gòu)成,如圖1所示。假人內(nèi)部骨架主要用金屬材料制成,包裹于骨架之上皮膚主要是由聚氨酯材料制成。根據(jù)GB/T14166-2013標(biāo)準(zhǔn),該假人可作為試驗(yàn)用測(cè)試裝備使用。GB/T14166-2013是在基于歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)第16項(xiàng)法規(guī)(ECE016)重新起草的GB/T14166-2003的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改,因此其關(guān)于假人的要求與ECE R16法規(guī)中關(guān)于假人的要求基本一致。

        2 假人軀干力學(xué)性能試驗(yàn)分析

        目前,在汽車(chē)上主要使用的是三點(diǎn)式安全帶,由于其自身結(jié)構(gòu)的原因,在安全帶動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中,假人軀干會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲變形。如圖2所示,是車(chē)載高速攝像機(jī)在不同時(shí)刻記錄的臺(tái)車(chē)試驗(yàn)中假人姿態(tài)變化的情況,從圖中可以看出:在臺(tái)車(chē)試驗(yàn)過(guò)程中,假人軀干確實(shí)存在扭轉(zhuǎn)和彎曲變形。在試驗(yàn)過(guò)程中,這兩種變形應(yīng)該是同時(shí)存在的。

        根據(jù)上述現(xiàn)象,可以將假人軀干的變形動(dòng)作完全分解成扭轉(zhuǎn)和彎曲,通過(guò)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)假人軀干的力學(xué)性能。本文設(shè)計(jì)制作了一臺(tái)TNO-10假人軀干試驗(yàn)裝置(如圖3),進(jìn)行假人軀干力學(xué)性能的研究。

        2.1 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

        考慮到臺(tái)車(chē)試驗(yàn)中假人軀干一次試驗(yàn)只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向扭轉(zhuǎn)的情況,同時(shí)避免軀干殘余應(yīng)力對(duì)試驗(yàn)的影響,我們采用了半周期間隔1 h順時(shí)針和逆時(shí)針交替扭轉(zhuǎn)的方式。具體試驗(yàn)過(guò)程如下:如圖3(a)所示,將TNO-10假人軀干固定安裝在試驗(yàn)臺(tái)上,啟動(dòng)電機(jī)后,使軀干先沿逆時(shí)針?lè)较蛑辽倥まD(zhuǎn)到25°,然后反向扭轉(zhuǎn)恢復(fù)到0°,記錄這半周期T/2扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的扭矩——角度曲線;等待1 h后,再將軀干沿順時(shí)針至少扭轉(zhuǎn)到-25°,然后反向扭轉(zhuǎn)恢復(fù)到0°,再次記錄這半周期T/2扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的扭矩——角度曲線。以下規(guī)定:逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)角度為正,對(duì)應(yīng)剛度為正剛度;順時(shí)針扭轉(zhuǎn)角度為負(fù),對(duì)應(yīng)剛度為反剛度。

        根據(jù)GB14166-2013要求,假人皮膚采用聚氨酯材料制成,硬度為邵氏A 50-60[1]。我們分別對(duì)幾種硬度不同的軀干進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)試驗(yàn),研究其在扭轉(zhuǎn)變形中的力學(xué)特性,如圖4所示。

        表1是對(duì)硬度不同的軀干多次扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)所得。結(jié)合圖4中的試驗(yàn)曲線,可以明顯看出:假人軀干的力學(xué)特性與剛度成正相關(guān),硬度越大,扭轉(zhuǎn)剛度也越大。說(shuō)明可以用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)來(lái)研究假人軀干硬度發(fā)生變化后的力學(xué)性能。

        2.2 彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

        為了研究TNO-10假人軀干骨架損壞對(duì)其力學(xué)性能的影響,我們用三個(gè)不同的骨架,一個(gè)鏈條斷裂,一個(gè)肋骨斷裂和一個(gè)完好的骨架,采用相同的材料配比,按照相同的工藝制作了三個(gè)硬度基本相同的軀干。對(duì)這3個(gè)軀干進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)試驗(yàn),如圖5所示,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):骨架是否損壞對(duì)軀干力學(xué)性能的影響在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中表現(xiàn)得不是太明顯。根據(jù)臺(tái)車(chē)試驗(yàn)假人姿態(tài)變化的分析,安全帶動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中假人軀干還存在彎曲變形,因此,我們可以對(duì)這三個(gè)軀干進(jìn)行了彎曲試驗(yàn),研究其力學(xué)性能的差異。彎曲試驗(yàn)的具體過(guò)程為:如圖3(b)所示,將假人軀干固定在試驗(yàn)臺(tái)上,啟動(dòng)電動(dòng)推桿后,軀干向上至少?gòu)澢?5°,然后反向恢復(fù)到水平位置(0°),記錄試驗(yàn)過(guò)程中力——角度曲線。對(duì)這三個(gè)骨架不同軀干的彎曲試驗(yàn)曲線如圖7所示。

        從圖7中可以看出,骨架完好的軀干彎曲剛度要明顯大于骨架損壞的軀干剛度。對(duì)比圖6中扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)曲線,可以明顯看出,彎曲試驗(yàn)對(duì)骨架不同的三個(gè)軀干的力學(xué)性能所表現(xiàn)的差異比扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)更明顯,更有利于區(qū)分假人骨架是否失效的情況。

        3 結(jié)論

        本文首先簡(jiǎn)要分析了現(xiàn)在行業(yè)中所用TNO-10假人的狀態(tài)存在差異,然后分析TNO-10假人臺(tái)車(chē)試驗(yàn)中軀干姿態(tài)產(chǎn)生的變化,提出采用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)來(lái)研究假人軀干的力學(xué)性能。根據(jù)試驗(yàn)思路,開(kāi)發(fā)了一套試驗(yàn)裝置,對(duì)不同硬度和不同骨架的假人軀干進(jìn)行了研究。通過(guò)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),軀干硬度不同,其力學(xué)性能不同;利用彎曲試驗(yàn),可以更明顯的區(qū)分假人軀干骨架是否損壞失效。通過(guò)對(duì)假人軀干力學(xué)性能的研究,可以為假人皮膚老化或骨架損壞對(duì)安全帶動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果的影響提供參考依據(jù),有利于提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]ECE R16 Safety-belts,restraint systems,child restraint systems and ISOFIX child restraint systems for occupants of power-driven vehicles,2018.

        [3]湖南賽孚汽車(chē)科技股份有限公司.TNO-10假人用戶(hù)手冊(cè).

        [4]First Technology Safety Systems,Inc,TNO-10 Manikin Rev B,2008.

        [5]王欣,馬瑞雪,等.TNO-10型碰撞假人的研制[J].客車(chē)技術(shù)與研究,2014(02):51-53+62.

        [6]楊青,賀中意,顏凌波,等.一種TNO-10假人軀干標(biāo)定裝置.專(zhuān)利201821278670.X,2019[P].

        [7]Michel Griffiths,B.E.,M.Biomed.E.and Andrew Skidmore,THE PERFORMANCE OF AGED USED SEATBELTS,1987.

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