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刚才我就是把

以胸部的这个损伤为例

把损伤的机理、响应

力对位移的响应

和损伤容限的确定

都把它讲完了一个例子

那实际上

人体冲击生物力学里边

或者说我们汽车碰撞响应里边

还不光是胸部 对吧

还有头部

还有很多其他的响应

所以我们这捡重要的

介绍一下

下边我们看看头部和脑部

中文的话就头部了

英文分的比较清楚

head and briain

head主要是

我可能这个医学的解释不是很清楚

基本上我的解释

主要一个是颅骨

就是这个硬的

一个是里边的这个软的

brain

这两个是我们做冲击的

比较关注的对象

它的损伤

因为它损伤不一样

所以一个是颅骨的力学响应

一个是头部损伤准则的确定

还有损伤的机理

这么几件事情

我们先看颅骨的力学的响应

研究头部的损伤的时候

最早就先研究这件事儿

那Wayne State就做了试验

也就是好几十年前了

他就把尸体的头部跌落

一定的高度跌落

跌落到下边

有两种碰撞的对象

一个是刚性平面

一个是可变形垫

所以其实研究的就比较麻烦

如果是刚性平面

这比较简单

如果可变形

那要看你放什么东西在那

你是放泡沫 放地毯了

我看有的学者放地毯

我有一个学生从国外回来

他说我这个地毯

我说那地毯

咱怎么表征

他说我叠了三层

我说那三层跟一层怎么表征

地毯跟那个地毯还不一样 对吧

所以也就说明这些研究

有时候还蛮困难的

而且做很多这种研究的人

都是医生

医生的训练

有时候他从工程上

或者是数学上训练

跟我们工程师不大一样

好 那咱们做的一个研究

就是峰值力跟加速度的关系

他想说我跌落的高度

是跟加速度相关系的

因为能算出加速度

或者也是碰撞的损伤强度

然后跟测到的碰撞力

做一个对应关系

那数据也是很离散了

就做出一个对应关系

那这个关系

实际上就用于设计

这个假人的头部

就说我混3假人的头部

外面有一个橡胶垫

那你撞他一下

他力对位移的响应

或者力对加速度的响应

就根据很多年前

Wayne State做的这个来的

那通过这些试验

就确定了一个所谓的叫头部损伤准则

英文叫Head Injury Criterion

我们简称在法规里边

就说HIC

所以凡是做碰撞安全的

你天天都得接触HIC

那HIC作为头部的损伤准则

他的数学定义在这比较复杂

而且有多种的定义

我简单解释一下

就说你在头部

假人的头部

放一个加速度传感器

我们碰撞安全课

不断的要涉及到加速度传感器

在假人的头部重心的位置

放一个三向的加速度传感器

在碰撞的时候

加速度传感器

就能测到三向的头部的加速度

局部坐标系

这个Ag放在积分的中间

就是测到的三向加速度的

合成加速度

注意 合成加速度这就是

合成加速度就是X方向 Y方向

Z方向 平方和再开方

这就是合成加速度

就是一个绝对的标量

不是矢量

这个合成加速度

为什么下边带一个G

把它转化成G

9.8就是多少多少个G

35个G 78个G

而不是米/秒方

把合成加速度转换成G

这是单位

所以这时候就是

多少个G就没有单位了

然后做个积分

这个积分从T1积到T2

碰撞的区间

我们待会儿说这T1 T2怎么决定的

然后再除以你的积分的区间

T2-T1

然后再做2.5次方

再乘上你积分的区间

然后对整个这积分

你不是算出一个值吗

别忘了这时T1和T2还不知道

你对整个的碰撞响应空间

比如这是我测量加速度

对时间的函数

整个响应是这么一个响应

合成加速度

我画出来是这么一个形状

大概都是这么一个形状

然后T1到T2

整个去把它扫描一下

什么叫扫描一下呢

就说如果这是时间零点

这是比如说19毫秒

我这用的是七十几

这是我没有负零

假如这是时间零点碰撞接触

这个结束点是19.7毫秒

你就在这个碰撞区间里边

对T2和T1积分

T1和T2是所有可能的时间区间

唯一的要求就是

T1小于T2

也就是说你从第一毫秒

积到第二毫秒

从第四毫秒积到第4.7毫秒

从第6毫秒

积分到第19.6毫秒

任何 任意的区间

长短都不用定

唯一的要求就是T2大于T1

那就等于无穷多组对吧

是做好无穷多组这种积分

然后找最大的

找最大的

最大的那个值

最大的那个值

一定会对应一个T1和T2对吧

你一共积出了一万个积分点

一万个积分值

这一万个积分值

你挑那个最大的计算机很容易

挑出来以后

对应的是从7.7毫秒

对到18.2

好 那T1就等于7.7

T2就等于18.2

就这么确定了

所以这么确定出来的这个值

叫HIC

这是最早的定义

那现在很多法规

出来说有各种各样的问题

不同的碰撞

比如说最早是没有安全气囊的

后来是有安全气囊了

他响应的时间长短不一样

然后还有这个头

如果不是撞到安全气囊上

有的是空撞 空甩

还有的是撞到B柱上

撞到风挡上

他响应时间可能更短

最后又有人提出来说

咱们就什么用HIC15

15的意思就是说

T1和T2的选择

给你们加一个限制条件

整个区间里边

T2-T1得小于15

或者得大于15

具体我忘了

有的时候36

总而言之

各种各样的选择方法

定义方法

都没有超出我刚才

描述的这么一个定义

只是略微有点小的修正

说这个东西

可能更代表碰撞工况

那个可能更代表那个碰撞工况

你就想象这么定出来的

一个HIC值

有这么几点

第一点基于加速度的

这是我最不喜欢的

基于加速度的

幸好它还积分了一次

当然它本质上也是加速度

第二点它是

有这么复杂的运算

一般人还做不了

不编个小程序你还做不了

我自己就编过这个程序

来做这个事儿

你编完程序就不难了

然后有几点提醒注意的

这个HIC的计算

是基于在头部的质心

测到的平移加速度

我刚才说了

AX的平方加上AY的平方

加上AZ的平方

再开根号

这三个方向的加速度

我们管它叫平动加速度

或者平移加速度

别忘了这个加速度

你在质心测出来的加速度

除了这三个

还有另外三个还有转动

所以至少有六个加速度分量

那只记录了平动

或者平移三个加速度分量

这是第一点很重要

一般你们可能

平时做设计的时候不关注

第二点损伤容限

法规里说了

至少是美国的法规里说了

说头部的损伤容限

是HIC小于1000就合格了

你这个车驾驶员侧

或者副驾驶侧

如果大于1000回去重新设计

不能卖这个车

那随着技术的发展

或者研究发展

现在有这提法了

可能你们有的法规已经变了

我没有太多关注法规

有的提了700 800等等

总而言之是越来越严了

还得注意HIC的单位

你们可能做碰撞试验

和做碰撞仿真的时候

不是很关注

都说HIC小于1000

小于800

当我们说800也好

790也好 430也好

这里边是有单位的

但我们一般不说

所以你看看在这个定义里边

单位是什么

为什么不说也还问题不大呢

是因为平时你做试验

你HIC的计算值

已经被程序定了

叫数据采集系统

你做仿真 后处理都给你定了

但是我们偶尔就会犯这种错误

因为单位值不一样

这个怎么不一样

这个HIC的单位

首先中间的加速度

必须是G

是没单位的

外边的时间是秒

所以全部积分完了以后

HIC的单位是秒

所以我们通常说

HIC我是720

实际上720秒

单位也很奇怪

所以我们一般也不说

千万不要用毫秒

为什么是秒呢

你看这2.5次方

2.5次方这里边的参数

是没有单位的

只有外边这一个有单位

那我们看看HIC的这个含义

他跟加速度有关系

但是他对时间

又做了积分先除了

所以这个里边

是一个平均加速度的概念

他不是一个峰值加速度

因为它先对时间做了积分

又除了时间去

它代表一个平均加速度的概念

另外他又乘了时间区间

所以他跟幅宽还有关系

所以我们在设计的时候就得注意

你设计什么样的保护装置

我做过一大部分的研究

既要控制平均加速度

还要控制幅宽

这个时间的周期

我们举通俗的例子

如果你头部撞到A柱上

A柱上没有任何保护

很硬的

峰值加速度很高

幅宽很窄

幅宽窄了

实际上对HIC有好处的

因为小了嘛

幅宽越宽

HIC越宽

但峰值加速度高了

平均加速度就高

然后你如果说撞到另外一个地方

比如说行人的头

撞到发动机罩盖上

这个罩盖还比较软

使得时间拉的很长

撞完罩盖不说

还又撞了下边的发动机

时间拉的更长了

我们做行人碰撞

也做了很多研究

先撞到罩盖上

有一个峰

然后接着往下运动

这个力开始下降

再撞到发动机下边的

不 撞到罩盖下边的发动机

第二个峰又起来了 两个峰

所以你想想

这一个峰

这还有一个峰

两个峰来计算

那这个幅宽在哪里

所以你就要精心的设计

这两个峰的位置 高矮

使得这个控制幅宽

那两个峰的位置和高矮

取决于什么

取决于你发动机罩盖的设计 对吧

取决于你发动机罩盖的设计

这里边有取巧的含义在里边

所以我这边这个含义

实际上跟我们

汽车碰撞的设计有关系

你要理解了

他跟平均加速度有关系

他跟持续的时间有关系

理解了这个事儿

再去实践中去积累经验

可能就能把设计

反复做了更好

我们做来看看HIC的局限性

也像TTI似的

争论了好多年

就跟我一开始说的

一个法规 一旦成为法规

基本上就过时了

其实里边指的就是HIC

这个HIC

这么研究了很多年对吧

好不容易提出了这么一个指标

提指标很难的

我们刚开始讲的

然后容限

测到这1000也很难的

确定这1000也很难的

好不容易做出来这些

进入了美国的法规

马上学者说了

转动的事儿

我已经研究了很多年了

我认为脑部的损伤

跟转动有关系

需要用角加速度来表征

角加速度小于多少才行

所以这些基于HIC

是基于平动

它主要能表征颅骨的损伤

你别忘了

我们当今有了安全气囊以后

颅骨的损伤几乎就不发生了

颅骨的骨折

主要致命的损伤是脑部损伤

而脑部的损伤

已经有研究表明

不能够被HIC很好的表征

能够代表一定的程度

但不能够

他总有一定的相关性

相关性没那么好

那脑部的损伤

主要跟转动 跟剪切有关系

那跟角加速度有关系

或者跟角速度有关系

那好 你提出角加速度

我可能是角加速度的平方

再除以个啥东西

然后再小于什么东西

研究还有很多年才研究

你提不出

你只能提出说

大家都很同意你的观点

但是更强的证据

更深厚的研究基础

更多的数据

使得我真正能够做出一个

基于角加速度的

还给我一个速度的一个准则

恐怕还得有若干年的争论和研究

才能确定下来

这就呼应了我刚开始讲的

一个法规成为法规以后

几乎就马上就过时了

但是不是说HIC没用

你用HIC小于1000也好

小于700也好

小于500也好

有总是比没有强

他不仅能减少颅骨的损伤的风险

也能够减少脑部的损伤风险

这是肯定的

只不过它的相关性没有那么好