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好 我们下一个环节

拿人体的这个胸部为例

因为胸部对我们汽车碰撞安全里

是最为至关重要的

很多研究呢

最开始是都从胸部开始的

完了呢才做到头部

最后呢最近这几十年的研究开始

关注下肢比较多一点

是因为胸部研究的很多了

那研究内容呢

还是这三条

就是他的损伤机理

力学响应和损伤容限

那我们先了解一下

胸部大致的解剖结构

这胸部大致的解剖结构呢

胸腔这人性化得很有意思

因为它很重要

所以呢 它有很多很多保护装置

就是肋骨

这很多很多保护装置

这个胸腔里边呢

就放了很至关重要的

心 肺 心脏血管

还有脊椎了等等

这都是对人体很重要的

基本上很多损伤都是致命的损伤

这是解剖 解剖结构

那我们看看不同速度下的冲击

不同速度下冲击呢

就研究它损伤机理

一个呢我们汽车的碰撞速度

往往都是在10米/秒左右

对吧 3米/秒 5米/秒

10米/秒 一般来讲

不超过20米/秒

再过了的话

就没必要

就不是汽车的应用

那先看低速碰撞呢

一般我们定义在3米/秒以下

这个时候呢发现

所谓机理

说这个胸部的损伤呢

跟压缩量

关联度很大

所以你看他是跟速度是相关的

很多很多肋骨的骨折呢

都跟压缩量相关

你压缩的10%断了几根

压缩到50%断了几根

这基本上就是低速碰撞

和准静态碰撞

这个胸部的损伤呢

和压缩量相关

然后我们再看中高速碰撞

中高速碰撞呢

大概就5米/秒以上到20米/秒

到30米/秒

反正超过20米/秒

大概就不是汽车的应用范围了

那这个时候呢

首先一点

跟静态一样

胸部的压缩呢

还是要造成骨折的

所以说骨头的断裂

主要是跟位移 应力相关

那多了一个损伤

说肺部的损伤

肺部的损伤呢

两点 一点是呢

肺部本身被压缩

高速冲击

他会造成一些损伤

还有一点呢就是断了的肋骨

刺穿到肺里

会有一些损伤

肺的损伤呢

据说也不是算太严重的损伤

因为人的肺比较大一点嘛

对吧

那比较严重的损伤

是心脏的主动脉的断裂

我们之前讲过一些

那专门再去讲一下

讲主动脉断裂之前呢

我这问一个问题

为什么在肺部的

损伤中呢

在高速试验下

折断的肋骨呢

有可能就刺穿

肺部的概率比较大

而在低速碰撞下呢

往往就是肋骨断裂

不大常 就肋骨也断了

但是不大看到说

肋骨穿到肺里边去

这个问题也没有研究的定论

但是是个现象

我有些解释

大家想一想

高速的情况下呢

这个肺呀

我如果看成一个组织

它是个叫应变率相关的

也就是说冲击的速度越大

它的强度越大

或者刚度越大

你如果肺

你慢慢去压它

它这个力不是很高

它空气就排走了

但你如果快快的去压它

它里边有空气

所以空气来不及排走

这样空气效应

还有其他的组织效应

造成了肺呢

我们叫应变率效应

或者对冲击速度的关联性比较大

那也就是说

在高速碰撞下呢

肺部呢比较硬

那它比较硬呢

断了的肋骨就比较容易扎进去

因为它比较软的话

肋骨会压缩它

它自己会屈服 会退让

你如果不退让

那就拉伤了

所以这是我的一个解释

好 我们看看

比较至关重要的心脏的

主动脉的断裂

主动脉就是连着心脏这几根动脉

具体的名字

医学上的名字我也搞不清楚了

他属于致命伤

如果是主动脉断裂的话

大约只有3%的生还的

生存的机率

基本上说呢

人只有两三分钟的时间

两三分钟的时间

意味着几乎就要死了

因为你如果主动脉断裂

你很难想象

两三分钟救护车会到现场

到了现场以后

把还能给你止血

还能知道是什么伤

大概两三分钟做不到的

这个大血管的断裂呢

挺奇怪的

我们做尸体试验去复现它

就发现呢

在正面碰撞的

就正面冲击的这个胸部试验呢

很难复现这件事儿

你增加速度什么

很难复现这件事儿

侧面冲击呢

很容易复现

这是第一点

但是呢

跟事实不符的事儿呢

就在真实的碰撞事故里呢

因为发生了一起事故

我们有很多事故的调研和复现

如果人死了

去解剖他

发现呢在真实的事故里

无论是正面冲击还是侧面冲击

斜向冲击

他产生心脏大血管的

断裂的伤呢

没有明显的区别

而在尸体的试验里边呢

他有明显的区别

这就是研究和实际的不符的地方

这是具体成因是什么原因

还不是很明白

大家都想是不是因为

尸体试验没有血压

那没有血压

那就会说明说

心脏大血管的断裂

主要是血压引起的

突然血压增高

或者怎么样对吧

所以这也帮助找试验

跟实际事故的差别

也帮着做研究

那既然我们知道说

在真实的事故里边

在尸体试验是侧面碰撞容易发生

但在真实的事故里边呢

也是侧面碰撞发生的概率大一点

但是没有明显的说

正面碰撞不发生

但在尸体实验里边

我们就很少说

专门精心做一个正面碰撞

想要复现这件事儿

很难产生

机理不是很清楚

那我也在想

是不是跟解剖学有关系

你心脏容易侧向移位

侧向移位的话

在侧面碰撞下

他侧向移位可能更大

他是不是拉断了

这是我自己的一个

一些猜测了等等

所以这些机理的研究

也都是在还不断的在

研究和挖掘之中

看响应

胸部碰撞响应

胸部碰撞响应呢

比较著名的就是我刚才说的

叫Kroell

Kroell是一个学者的名字

他几十年前

做的胸部的

冲击响应

我刚才描述过了

一个冲击块 质量

直径 冲击速度

当然可以是稍微不同一点的

这个Setting了

不同的直径 不同的重量

不同的速度

总而言之这试验方法

是他最早做的

来冲击对着某一个肋骨的位置

这都定好

要不这个试验跟那个试验不可比

对吧

来做

那就做了很多很多这样的试验

那这些试验呢

很可能都是不同的尸体

一定是不同的尸体

不同的年龄 不同的状态

所以呢 你就把

一个叫Corridor

就是一个区间给做出来了

这就是冲击力

对压缩量的这么一个区间

那做出这个以后呢

是很有用的数据

我们的目标是要做胸部

力和位移的响应

那我们看看这响应出来

根据刚才做的这些试验

你就要把它归拢一下

归拢一下

大概就总结了这么几点说

胸部的刚度

在肋骨断裂之前

大概载荷

能上升到四千牛

所以你看从零到四千牛

得多少位移 这杨氏模量

刚度就出来了

所以这刚度呢

大概就是175千牛/米

数字的变化

范围是非常大的

所以这只是说

大概是这么一个量级范围

然后呢当肋骨发生

骨折发生之后呢

就有明显的下降

没问题

你结构被破坏了

结构被破

然后下降以后呢

你胸部不是造成进一步的压缩呢

力又上去了

又上去也很简单

是因为你胸腔内部

还有其他的器官

被大的压缩了

他那个承载力又上去了

所以等于是说

我这个胸腔是一个复合结构

外边有一层骨头的保护

你破坏了以后

我承载力下降

然后呢你继续压内部的

他承载力又上去了

所以呢这么一个

力的下降再上升

最后当然又回到零

这么一个过程呢

我们就这就是我们测量出来的

胸部的力和位移的一个响应过程

然后呢我们就根据

这么一个响应过程

这么多组尸体试验

来确定了这个假人的

胸部的响应区间

就是说我们大家做试验

现在标准的混3假人

混3假人胸部的力

和位移的响应

就是这么定出来的

他做了很多很多这种试验

然后定出一个区间来

这个区间呢

首先他要做一些校核 矫正

首先肯定要做平均化对吧

他很多很多尸体试验

怎么来归一化年龄

怎么来归一化重量

怎么来归一化不同的载荷工况

所以做了很多很大的研究

然后呢提出了一个下限和上限

然后还考虑了肌肉的力量

说肌肉力量

这个数据里没有

咱们依据某种研究

说咱们统一把它往高调一下

往高调600牛顿

就这么着

就确定出来了

混3假人或者是假人的

胸部响应的力和位移的曲线

然后有了这个标准以后

所有做假人的公司

就按照这个来去做

你设计里边检验钢什么

各种各样的东西

你争取把这个做出来

这就是胸部的响应

那我们看看实际的

跟我们确定的这个

还是有差别的

确定的大概是这么一个情况

就是这个力 位移

上去 然后再下来

中间包络的这个面积呢

是消耗的能量对吧

但实际的呢

这是一项

一个学者的研究

还是蛮近期的

这是1993年的论文

他研究了安全带

加载工况下

胸腔的损伤

当然也是尸体试验了

他就发现沿着这个

安全带的路径

肋骨发生

你看安全带是斜的 对吧

所以呢 在这个地方呢

就是这个地方

肋骨断裂发生的比较多

这个地方就是这发生的比较多

所以他这个黑色的标志点呢

就是沿着安全带的走向

肋骨发生断裂的地方

明显的 这很好理解

明显的跟安全带的位置有关系

然后他把尸体实验呢

胸腔呢

从上到下做了一个图

这个呢我们叫Chest Band

就是从上面往下看

把我的胸腔画一圈

这是上边

下边呢 大概是这个位置

可能再画一圈

这是从头到脚看

那我们看看在安全带加载下

他的一个变形

首先变形的位置又不大一样 对吧

在上面呢

可能是在这个地方变形

下边呢 在这个地方变形

所以凹陷的区域

上边这个Chest Band

和下边的略有点不一样

这是第一点

第二点呢

你看完这个以后呢

我也有点惊讶

你看看这个压缩量很大的

你想想你的Chest Band

大概就这么大嘛

会压缩进去多少

你压缩进去这么多

也就产生了

这么几根肋骨的断裂

还可能不能算太重的伤

那这个研究呢

就发现第一它局部化很严重

然后呢我们就发现

气囊的加载更加均匀

安全带的加载更加集中

那么在这么一种这种差异下呢

我们这么着确定的

假人的胸腔的响应空间

就跟我实际做完的实验不大一样

跟尸体试验的形态

也不一样

所以是我们

目前的假人标准里边

很大的一个缺陷

我下午要有时间呢

给大家介绍

我们的课题组的研究呢

其中就有在研究这个事儿

就怎么让假人的胸部

使得它有这种局部化的响应

现在你做实验

所有的假人的胸部

都没有局部化的响应

你去拿安全带

去勒假人的胸腔

他就把胸腔整体压缩

他不会勒出一个凹痕来

但实际尸体试验

是有凹痕的

因为它是局部

这个呢就混在里边了

因为我们现在

大部分汽车碰撞里边

都有安全气囊

安全气囊

它是一个均匀的一个加载