摘要
新一代车型配置了更先进的乘员约束系统，但是在汽车正面碰撞中乘员的腰椎部分却更易受到伤害，其主要原因在于汽车碰撞与人体生物力学研究领域内没有腰椎损伤的测量方案和腰椎损伤级别的评价方法，腰椎骨折损伤问题还未得到重视与解决。 本文首先建立并验证了考虑高速碰撞载荷下材料应变率效应、失效准则的腰椎有限元模型，基于此腰椎生物力学模型研究了正面碰撞中的冲击参数对腰椎损伤的影响。研究发现正面碰撞中腰椎轴向冲击速度与乘员腰椎损伤具有显著的相关性，此速度越大，乘员腰椎椎体最大主应变越大（P=0.009）；汽车座椅泡沫的厚度越厚，乘员腰椎椎体最大主应变越低（P=0.039）。 基于生物力学逼真度高的腰椎有限元模型和82个真实人体腰椎CT扫描数据，使用网格变换、主成分分析和回归分析等方法，建立基于年龄、身高、体质指数（BMI:BodyMassIndex）、性别和腰椎曲率的参数化人体腰椎有限元模型，该参数化腰椎有限元模型可以较好的基于体征参数对于腰椎椎体几何以及腰椎曲率进行预测。基于参数化腰椎模型研究人体体征参数与腰椎几何和腰椎损伤风险的关系。建立简化的正面碰撞有限元模型，分别对男性和女性研究身高、BMI和年龄对腰椎损伤的影响。 基于人体有限元模型和腰椎生物力学模型，建立具有高生物逼真度腰椎的全身人体模型。通过台车碰撞有限元仿真优化分析，发现通过降低安全带刚度、配置安全带锁止器、配置肩带预紧器、避免使用腹带预紧器、后移安全带固定点等可以减小乘员腰椎损伤风险，人体与座椅之间的摩擦系数与乘员腰椎损伤无明显相关性。 本文中所建立的腰椎生物力学模型和参数化腰椎生物力学模型可用以研究汽车碰撞中不同人体体征参数的乘员腰椎损伤机理和防护研究。结合简化的正面碰撞中损伤参数敏感性分析与台车碰撞优化仿真分析，可提出正面碰撞中乘员腰椎防护的方法。
NETL