文摘gydF4y2Ba

这项工作研究叙述地头部伤害标准(嗝)和胸部严重程度指数(CSI),有限元模型的混合三世假类型,6岁的受试者在额车辆碰撞,使用低背助推器(激光弯曲)被动安全系统。汽车座椅和被动安全系统模型在CAD(计算机辅助设计)软件。然后,元素分析的有限元方法(FEM) LS-DYNA®软件。边界条件建立了为每一个研究中,按照规定建立的联邦机动车安全标准(FMVSS) FMVSS 213标准。数值模拟是在120毫秒的时间间隔,记录执行结果每1毫秒。为了分析系统的效率,抑制激光弯曲的性能系统相比,限制车辆的配置安全带(VSB)。获得的损伤与激光弯曲系统标准显示在正面碰撞保护儿童的能力。分析获得的减速值允许假人头部和胸部受到。这里的研究,研究我:VSB获得了嗝gydF4y2Ba_36gydF4y2Ba730.4和315.5的CSI,而研究二:激光弯曲获得了嗝gydF4y2Ba_36gydF4y2Ba554.3和281.9的CSI。结果表明,每个研究的约束效率不同。使用材料,激光弯曲的附件系统,和带约束系统妥善放置在婴儿箱减少损伤标准速度的主要因素。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

每年,全世界有超过260000的儿童死于交通碰撞的结果;也估计,高达1000万人遭受非致命的伤害。交通事故引起的创伤是5—14岁儿童死亡的第二个原因。22.3%的儿童死于2004年从0到14岁参与交通事故,其中的5 - 9岁显示死亡率最高(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。在墨西哥,在2000年至2010年之间,有17700 15岁以下的儿童死于交通事故(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。2011年,交通事故在墨西哥城成为第三个死亡原因为5到9岁的儿童,以及第四10至14岁儿童(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

1972年,第一个孩子占据联邦安全标准车辆FMVSS 213(联邦机动车安全标准)发布,它指定的要求婴儿座椅在美利坚合众国(销售gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

严重的伤害在骨盆、肩、胸、颈部和头部经常发生在正面碰撞。颈部通常经验产生的惯性载荷头;崩溃在初始阶段,更多的约束应用于较低的脖子,而头通常是受到水平平动位移相对于躯干,诱导颈部扩展运动在正面碰撞gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。这样的运动生成高牵引负载在脖子上的主要水平减速。前面的现象发生在头部接触不存在与外部对象喜欢前座的后背。gydF4y2Ba

颈部暴露在重大机械载荷时脖子上的自然范围扩展和弯曲度过,导致不同的伸长率和撕裂韧带,以及甚至颈部位错的发音gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

另一方面,胸部损伤的范围可以从肋骨骨折更严重的伤害,导致内部器官与身体内部的墙壁相撞,产生腹部瘀伤,伤口和划痕。胸主动脉病变,小肠,甚至肠系膜,发生在当身体突然停止而内部器官和组织惯性继续向前推进,导致主动脉扭曲或撕裂的肠道循环肠系膜插入(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

遭受头部损伤概率计算使用嗝(头部受伤的标准)。后者是通过计算得到的线性加速度的头部的重心,并以地球重力加速度的单位(gydF4y2BaggydF4y2Ba)[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。嗝没有考虑因素,如旋转加速度的头骨或任何影响的头的位置的影响。嗝值1000被认为是脑损伤的阈值(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

208建立了FMVSS,为了丢弃胸部损伤,胸口上的最大加速度必须低于60gydF4y2BaggydF4y2Ba3 ms的时间间隔(CLIP3M)和CSI(胸部严重程度指数),计算的嗝但在胸部,价值低于1000gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

美国儿科协会建议使用低背助推器(激光弯曲)4到8岁的儿童或40 - 80磅(18-36公斤)(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。混合三世6岁的虚为本研究选择适合在这些年龄和体重的范围。gydF4y2Ba

本研究的目的是量化激光弯曲的性能系统和验证数值模型与实验测试由Hagedorn和StammengydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

2。方法gydF4y2Ba

为了量化嗝之间的差异和CSI当实现激光弯曲和汽车安全带(VSB),提出了两个分析场景,模拟LS-Dyna v . 9.71软件。这两个分析与混合三世6岁的有限元仿真模型。安全带是模仿执行约束分析在这两种情况下:只VSB克制和VSB激光弯曲假。的激光弯曲Evenflo®,属于组2和3(可调3-11年或18 - 49.8公斤),用于设计的激光弯曲系统CAD软件。gydF4y2Ba

碰撞速度的分析进行了48公里/小时(13.34 m / s) FMVSS表示的。的场景都是通过实现2被动安全系统(VSB和激光弯曲):gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba我(VSB):研究假被放在轿车的后座安全带的车辆和克制,只是实现的现在(图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba(b)gydF4y2Ba研究II(激光弯曲):假坐在三分安全带的激光弯曲并获得包含的车辆(图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

2.1。设计和材料gydF4y2Ba

汽车后座设计CAD软件完成模型的后座的近似大小2008年本田飞度®工具。gydF4y2Ba

激光弯曲是安装在后座表示在用户手册和汽车的用户手册。汽车的后座上,由两种材料:钢支架和泡沫。使用塑料持有人之间的联合座椅靠背和座垫。gydF4y2Ba

同样,设计了激光弯曲的测量激光弯曲Evenflo。它由结构材料以及泡沫。激光弯曲的后座被CAD装配。每一个研究案例是由场(ALE)网状网,因为它是一个自动调节啮合法(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。8毫米大小的网格组成的三维四面体元素计算和生成使用HyperMesh®V.14.0软件。gydF4y2Ba

为了准确模拟激光弯曲结构材料,聚丙烯被选中。聚丙烯具有以下性能:密度9×10gydF4y2Ba^{−7gydF4y2Ba}公斤/毫米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba1.35 GPa的杨氏模量,弹性极限0.036绩点,和泊松比为0.3gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

填充的座位和激光弯曲,DAX 55泡沫被选中。这个泡沫具有以下性能:密度为3.5×10gydF4y2Ba^{−8gydF4y2Ba}公斤/毫米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba,5×10的杨氏模量gydF4y2Ba^{−5gydF4y2Ba}GPa,泊松比为0.31gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

聚丙烯和传真55泡沫,上面的资料是加载在LS-DYNA [gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

钢支架的力学性能的后座是:密度7800 kg /毫米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba,210 GPa的杨氏模量,弹性极限0.6 GPa,泊松比为0.3,和0.3绩点的切线模量。gydF4y2Ba

三分安全带的设计是根据所选模型的规格的皮带,宽4.7厘米,厚1毫米。腰带的设计执行与LS-DYNA BELTFIT工具软件。带位置执行根据美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)标准(图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。腰带的设计考虑了一维、二维元素(图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

部分和材料的一维元素分配LS-DYNA预定安全带配置。这种材料的线密度gydF4y2Ba (gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

二维元素分配一个贝壳部分厚度为1毫米。此外,这些元素都被赋予了一种elastoplastic-type材料,用分段线性塑性行为和尼龙的力学性能:密度1×10gydF4y2Ba^{−6gydF4y2Ba}公斤/毫米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba5.333 GPa的杨氏模量,弹性极限0.08的绩点,泊松比0.3。gydF4y2Ba

加载和卸载曲线,代表了轴向力安全带的应变的函数,获得了豺et al。gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。安全带的锚地指南和固定点大约放置根据考虑轿车车辆的高度和距离。gydF4y2Ba

激光弯曲的情况下系统的安全腰带部分VSB已经升级到包括3长度的二维元素允许VSB激光弯曲的克制。gydF4y2Ba

2.2。边界条件gydF4y2Ba

系统的初始速度是13.34米/秒的“gydF4y2Ba“轴。在“gydF4y2Ba“方向相应的车辆垂直方向,唯一的作用力是重力(“gydF4y2Ba“轴),一个常数值0.00981毫米/女士gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。的减速曲线”gydF4y2Ba“方向是取自FMVSS监管和介绍了软件。gydF4y2Ba

接触边界条件被选为自动软件显式的模拟。在切线方向的平面接触,由此产生的压力是由于部件之间的摩擦,和压力是由静态和动态摩擦系数为0.3和0.2,分别为(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。节点元素(foam-LBB)联系让他们表现得像一个身体。gydF4y2Ba

3所示。结果gydF4y2Ba

数值模拟进行的120毫秒,每20毫秒(图记录结果gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。在接下来的段落中,我们现在每个解剖的结果分析部分从假(头部和胸部)。gydF4y2Ba

3.1。头gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba显示了两个激光弯曲的假人头部合成加速度和VSB系统,这是通过一个加速度计传感器类型的重心位于头部模型用于模拟。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba表明,头部合成加速度增加比VSB激光弯曲的早些时候,由于更好的连接激光弯曲的假鼻子VSB的情况下。相同的趋势可以观察到合成加速度的假胸脊柱分析从后者。这个事实允许一个更好的克制的假在最早阶段碰撞产生更广泛的限制最大值较低的阶段结束时当激光弯曲系统使用。gydF4y2Ba

嗝的低价值gydF4y2Ba_36gydF4y2Ba提出了激光弯曲系统,仅为554.3,最高价值头部合成加速度峰值的62gydF4y2BaggydF4y2BaVSB系统,同样的伤害标准增量是730.4和65gydF4y2BaggydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3.2。胸腔gydF4y2Ba

分析完成的部分gydF4y2Ba3所示。1gydF4y2Ba胸部也复制,通过将数值加速度计的胸椎假胸。胸椎的位置加速度计在虚拟模型复制的位置在当前物理仿真。尽管胸椎加速度不是一个适当的参数获得胸部损伤标准,本文中使用它来获取引用胸克制能力的系统研究。合成胸椎减速值在这次事件获得模拟,后来它被用来计算沪深。CSI计算,同样的公式用于嗝一直采用更换头部重心由胸椎合成加速度合成加速度。甚至3女士累积合成胸椎加速度判据也获得了FMVSS 213成立。胸椎合成加速度对激光弯曲和VSB可以观察到在图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

激光弯曲产生的CSI 281.9加速度和胸椎3剪辑女士为44.36,而VSB收益率的CSI值315.5和胸椎加速3剪辑女士45.23,分别。曲线下的面积显示在图中gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,20gydF4y2BaggydF4y2Ba和40gydF4y2BaggydF4y2Ba,显示了一个指示的能量吸收的假鼻子。可以观察到的在较低的地区相比,激光弯曲系统VSB系统。这一事实产生更好的克制激光弯曲的假骨盆区域系统,包括胸椎因为骨盆的下半部分与胸腰椎脊柱。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba显示了一个比较的纵向加速度胸部的两个测试。激光弯曲的最大胸椎位移低于VSB和最高的能量吸收生成在过去的300毫米。gydF4y2Ba

4所示。讨论gydF4y2Ba

验证数值分析在此执行,比较的高峰值获得单轴减速的头和胸,嗝gydF4y2Ba_36gydF4y2Ba加速度和胸椎3剪辑女士与实验测试,如表所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,嗝gydF4y2Ba_36gydF4y2Ba结果近似实验结果的误差不到7.7%在最坏的情况下。同时,可以推断出,这个错误的主要原因是由于维度的差异,几何,和质量在实验和数值的座位被用于这项研究。同样,在约束系统分析,更高的嗝gydF4y2Ba_36gydF4y2Ba当VSB生成实现对激光弯曲的使用系统。gydF4y2Ba

5。结论gydF4y2Ba

激光弯曲系统生成最小的嗝gydF4y2Ba_36gydF4y2Ba,因为带妥善持有假坐高增加,正确紧固带孩子的肩膀和骨盆。这使孩子受益于三点安全带所提供的保护在正面的影响通过适当地分配负载在骨盆,胸腔,在正面碰撞的肩膀。同样,这减少了孩子的风险运动惯性力和安全带部队主干较低,减少颈部的时刻,减少嗝。gydF4y2Ba

在这项研究中,最好的保护水平获得了激光弯曲系统是基于两个基本因素:一个好的锚地行为的车辆和改善的两个骨盆和肩膀上的安全带的孩子。gydF4y2Ba

事实上,明确需要改进的一个助推器席位设计实现更高水平的保护期间为4 - 8岁儿童额的影响。这可以通过使用一个完全刚性锚定系统和激光弯曲的可调高度系统允许汽车安全带的正确适合孩子取决于他的年龄和人体测量学。gydF4y2Ba

由于高成本和时间参与开发实验测试所提出,它是可行的执行数值模拟非线性物理现象,为了获得近似值对实验测试,使成本最小化。数值测试还提供修改变量的可能性进行分析。此外,数值测试还允许模拟前后影响激光弯曲的场景。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者承认部分财政支持墨西哥政府通过Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia Instituto Politecnico Nacional以及生物力学组的参与INSIA纳入大学为马德里,西班牙。作者还要感谢1931和20181141项目的支持,以及一个EDI格兰特,所有的SIP / IPN。gydF4y2Ba