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基于机器视觉的正碰假人胸部的研究

刘爽 陈立新 张钧栋 沙路明 于征磊 徐涛 张琪

刘爽, 陈立新, 张钧栋, 沙路明, 于征磊, 徐涛, 张琪. 基于机器视觉的正碰假人胸部的研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(3): 673-681. doi: 10.37188/CO.2023-0005
引用本文: 刘爽, 陈立新, 张钧栋, 沙路明, 于征磊, 徐涛, 张琪. 基于机器视觉的正碰假人胸部的研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(3): 673-681. doi: 10.37188/CO.2023-0005
LIU Shuang, CHEN Li-xin, ZHANG Jun-dong, SHA Lu-ming, YU Zheng-lei, XU Tao, ZHANG Qi. Design and simulation of the dummy thoracic finite element model based on mashine vision[J]. Chinese Optics, 2023, 16(3): 673-681. doi: 10.37188/CO.2023-0005
Citation: LIU Shuang, CHEN Li-xin, ZHANG Jun-dong, SHA Lu-ming, YU Zheng-lei, XU Tao, ZHANG Qi. Design and simulation of the dummy thoracic finite element model based on mashine vision[J]. Chinese Optics, 2023, 16(3): 673-681. doi: 10.37188/CO.2023-0005

基于机器视觉的正碰假人胸部的研究

doi: 10.37188/CO.2023-0005
详细信息
    作者简介:

    刘 爽(1982—),男,吉林长春人,高级工程师,工学硕士,2009年于吉林大学获得硕士学位,主要从事机械工程及自动化。E-mail:liushuang2002@163.com

    于征磊(1984—),男,吉林长春人,教授,博导,主要从事仿生结构设计及增材制造。E-mail: zlyu@jlu.edu.cn

  • 中图分类号: U467.14

Design and simulation of the dummy thoracic finite element model based on mashine vision

More Information
  • 摘要:

    在汽车被动安全领域,对于驾驶员正碰撞击中胸部的研究具有重要的意义。本文基于机器视觉的方法,通过Hybrid Ⅲ 50th汽车碰撞实体假人,构建假人胸部模型。利用遗传算法进行参数优化,优化后标定试验的所有指标均符合法规要求,仿真结果与试验测试结果相符,误差小于5%。随后将含有胸部模型的有限元假人模型放入整车系统进行正碰仿真分析,结果表明:胸部伤害得分值为80%,与试验测试结果相比,仿真结果误差不超过10%。实验结果表明该模型有较好的仿真度,可用于汽车碰撞安全性能的研究。

     

  • 图 1  Hybrid III 50th男性假人胸部结构图

    Figure 1.  Structure of Hybrid III 50th male dummy chest

    图 2  基于机器视觉原理的假人模型几何参数采集系统

    Figure 2.  Geometric parameter acquisition system for dummy model based on machine vision

    图 3  假人胸内部几何模型装配图

    Figure 3.  Assembly drawing of geometric model of dummy interior chest

    图 4  胸部内部结构器官示意图

    Figure 4.  Schematic diagram of the internal structure and organs of the chest

    图 5  假人胸部标定试验(a)示意图[18]及(b)准备图

    Figure 5.  (a) Schematic diagram[18] and (b) preparation diagram of dummy chest calibration test

    图 6  胸部标定试验有限元模型

    Figure 6.  Finite element model of chest calibration test

    图 7  胸部位移-时间曲线

    Figure 7.  Displacement-time curve of chest

    图 8  摆锤力-时间曲线

    Figure 8.  Pendulum force-time curve

    图 9  胸部滞后率曲线

    Figure 9.  Chest lag rate curve

    图 10  台车正碰有限元模型

    Figure 10.  Finite element model of trolley forward collision

    图 11  不同时间下台车碰撞仿真结果

    Figure 11.  Simulation results of off-stage vehicle collision at different times

    图 12  胸部合成加速度

    Figure 12.  Chest composite acceleration

    图 13  胸部压缩量

    Figure 13.  Chest compression

    表  1  胸部模型部分材料参数

    Table  1.   Partial material parameters of chest model

    参数弹性材料
    MAT1
    弹塑性材料
    MAT3
    刚体材料
    MAT20
    弹性模量E/GPa0.5205205
    泊松比μ0.300.310.31
    屈服强度σ/MPa/0.6/
    切线模量/GPa/0.5/
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    表  2  胸部肋骨材料(弹性材料MAT1)参数

    Table  2.   Material parameters of thoracic rib (elastic material MAT1)

    参数参数值
    体积模量(BULK)0.33 GPa
    短效剪切模量(G0)0.11 MPa
    衰减常数(BETA)0.15
    长效剪切模量(GI)0.024 MPa
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    表  3  胸部泡沫材料(MAT57)参数

    Table  3.   Chest foam material (MAT57) parameters

    参数参数值
    杨氏模量(E)0.005 MPa
    拉应力(TC)0.1
    滞后卸载系数(HU)1.0
    粘滞系数(DAMP)0.1
    衰减常数(BETA)0.1
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    表  4  胸部标定试验与仿真结果

    Table  4.   Calibration test and simulation results of chest

    类型位移峰值(mm)摆锤力峰值(kN)滞后率(%)
    要求63.5~72.65.16~5.8969~85
    试验65.4025.78873.98
    仿真61.1175.86570
    误差-6.551.33-5.37
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    表  5  优化结果对比

    Table  5.   Comparison of optimization results

    x1(MPa)x2(Mpa)x3x4(Mpa)Dmax(mm)Fmax(kN)滞后率(%)
    原参数0.110.2530.150.561.1175.86570.00
    优化后0.0870.2340.1720.43964.4015.61571.13
    标定要求////63.5~72.65.16~5.8969~85
    试验////65.4025.78873.98
    误差(%)////−1.5−2.9−3.85
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    表  6  实车试验和仿真假人胸部伤害指标对比

    Table  6.   Comparison of chest injury index between real vehicle test and dummy

    损伤指标胸部加速度C3ms(g)胸部压缩量ThPC(mm)
    性能限值38~6022~50
    试验值38.4729.21
    仿真值42.1328.16
    误差9.51%−3.59%
    得分率81.2%78%
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-01
  • 修回日期:  2023-01-25
  • 网络出版日期:  2023-04-20

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