反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構制造技術

本實用新型專利技術公開了一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構，其由肌肉固定模塊與肌肉模塊組成，其中，肌肉固定模塊由上頸環、下頸環及肩環組成，上頸環與基礎假人上頸部連接，下頸環與基礎假人下頸部連接，肩環與基礎假人肩部連接；肌肉模塊由不同彈性系數的彈簧組成，包括兩根胸鎖乳突肌彈簧、兩根頭夾肌彈簧、兩根斜方肌彈簧，胸鎖乳突肌彈簧兩端分別連接上頸環和下頸環，頭夾肌彈簧兩端分別連接上頸環和下頸環，斜方肌彈簧兩端分別連接肩環和下頸環。本實用新型專利技術用于碰撞假人的頸部，有效的實現頸部肌肉對頭部頸部的作用，具有更高的生物仿真度。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構
本技術涉及反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構與設計方法，屬于汽車碰撞安全領域。
技術介紹
伴隨著汽車工業的高速發展，汽車安全性在評價汽車的性能方面日趨重要，尤其是車輛乘員碰撞安全保護技術，更是成為國內外汽車市場的產品核心競爭技術和研究的重點。然而，現有汽車對乘員保護性能仍有不足，如無法描述真實人類在交通事故中骨折、肌肉損傷、顱腦傷害等。且由于無法重現真實人體在碰撞過程中受肌肉而影響的運動特性，經常會出現在現有碰撞規程下碰撞安全性能較高的汽車在真實交通事故中不能很好地保護駕駛員的情況。這與車輛乘員碰撞安全性能設計使用的假人無法真實反映人體的力學特性造成的。目前，國際上已經意識到在碰撞過程中肌肉的力學特性隨乘員運動與損傷的影響，并建立了多種具有肌肉的數字化假人模型，由于使用的表征肌肉的材料屬性不同，這些數字化假人模型在碰撞仿真分析中的效果不盡相同，并沒有形成一個統一的標準。盡管這些數字化假人模型的結構與真實人體結構十分相似，但并不能很好地重現真實人體的碰撞過程中的運動特性，因而依然處于探索階段。自上世紀八十年代以來，國際汽車工程領域大多采用假人(如采用金屬和塑料等材料的Hybrid III型假人)進行交通事故的臺車或實車碰撞實驗，并通過測試在假人各位置的加速度或位移或受力來評價汽車乘員損傷程度。這種假人多是從生物醫學角度建立的靜態人體模型，缺乏在碰撞過程中對肌肉的力學特性的表達。尤其是對損傷影響較大的頭部與頸部運動，受頸部肌肉的影響較大，但在現有假人中，無法重現這一力學特性。同時，為了制造與安裝的便利，現有假人頸部結構與真實人體有較大的差異:真實人體頸部是有多個頸椎組合而成，可以進行靈活的運動，而假人頸部則是由鋁盤與橡膠圓盤交替搭接所形成柱體結構，使得假人的頸部運動受到一定的限制。這種結構簡化形成的差異使得現有基于假人的設計無法準確描述真實人體在實際交通事故中的運動和損傷。
技術實現思路
為了解決現有技術存在的以上問題，本技術提供一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構與設計方法，在現有假人基礎上，結合醫學、生物力學與工程需求，從車輛乘員安全保護的角度出發，充分考慮碰撞過程中頸部力學特性對頸部運動的影響，設計具有肌肉力學特性的肌肉型彈簧，并設計相對應的肌肉固定結構，提高假人模型的生物仿真性，進而提高汽車的碰撞安全性能。本技術的主要目的可通過如下技術方案實現:提供一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構，其由肌肉固定模塊與肌肉模塊組成，其中，肌肉固定模塊由上頸環、下頸環及肩環組成，上頸環與基礎假人上頸部連接，下頸環與基礎假人下頸部連接，肩環與基礎假人肩部連接；肌肉模塊由不同彈性系數的彈簧組成，包括兩根胸鎖乳突肌彈簧、兩根頭夾肌彈簧、兩根斜方肌彈簧，胸鎖乳突肌彈簧兩端分別連接上頸環和下頸環，頭夾肌彈簧兩端分別連接上頸環和下頸環，斜方肌彈簧兩端分別連接肩環和下頸環。作為本技術提供的一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構的改進方案，所述上頸環具體包括左側上頸環2a與右側上頸環2b，左側上頸環2a為半圓環，半圓環外側設置兩根外伸梁，兩根外伸梁的端部均設有通孔，兩根外伸梁的通孔分別用于連接頭夾肌彈簧和胸鎖乳突肌彈簧；左側上頸環2a與右側上頸環2b為鏡像對稱結構，左側上頸環2a與右側上頸環2b圓弧相對固定連接。作為本技術提供的一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構的改進方案，所述下頸環具體包括前向下頸環8與后向下頸環6，前向下頸環8與后向下頸環6均為半圓環，前向下頸環8外側設置兩根外伸梁，兩根外伸梁的端部均設有通孔，每個通孔用于連接一根胸鎖乳突肌彈簧，后向下頸環6外側設置四根外伸梁，四根外伸梁的端部均設有通孔，四個通孔分別用于連接兩根斜方肌彈簧及兩根頭夾肌彈簧；前向下頸環8與后向下頸環6為鏡像對稱結構，前向下頸環8與后向下頸環6圓弧相對固定連接。作為本技術提供的一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構的改進方案，所述肩環具體包括左肩環5a與右肩環5b，左肩環5a與右肩環5b均為直角梁且左肩環5a與右肩環5b對稱安裝在假人肩部兩側；所述左肩環5a與右肩環5b的上梁的端部均設有通孔，每個通孔用于連接一根斜方肌彈簧；左肩環5a與右肩環5b的下梁均與基礎假人肩部連接。作為本技術提供的一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構的改進方案，所述上頸環圓弧內側均設有安裝槽，安裝槽與基礎假人上頸部凸臺過盈配合；所述下頸環圓弧內側設有安裝槽，安裝槽與基礎假人下頸部凸臺過盈配合；上頸環圓弧內側的安裝槽的寬度大于下頸環圓弧內側的安裝槽的寬度。作為本技術提供的一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構的改進方案，所述胸鎖乳突肌彈簧、頭夾肌彈簧、斜方肌彈簧均為拉伸型彈簧；胸鎖乳突肌彈簧具體包括對稱安裝的左側胸鎖乳突肌彈簧7a與右側胸鎖乳突肌彈簧7b，左側胸鎖乳突肌彈簧7a和右側胸鎖乳突肌彈簧7b兩端均分別連接上頸環和下頸環；頭夾肌具體包括對稱安裝的左側頭夾肌彈簧3a與右側頭夾肌彈簧3b，左側頭夾肌彈簧3a和右側頭夾肌彈簧3b兩端均分別連接上頸環和下頸環；斜方肌彈簧具體包括對稱安裝的左側斜方肌彈簧4a與右側斜方肌彈簧4b，左側斜方肌彈簧4a和右側斜方肌彈簧4b兩端均分別連接下頸環和肩環。本技術同時提供一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構的設計方法，碰撞假人頸部結構由肌肉固定模塊與肌肉模塊組成，肌肉固定模塊由上頸環、下頸環及肩環組成，上頸環上對稱設有兩跟外伸梁且外伸梁端部設有通孔，下頸環上兩兩對稱設有四根外伸梁且外伸梁端部設有通孔；肌肉模塊由不同彈性系數的彈簧組成，分別為表征胸鎖乳突肌的彈簧、表征頭夾肌的彈簧、表征斜方肌的彈簧；該設計方法包括以下步驟:步驟一、獲取基本參數:查詢人體數據庫，獲得人體頸部胸鎖乳突肌、頭夾肌、斜方肌的起止點位置與生理橫截面積，進而確定肌肉起止點位置間的肌肉有效長度；再通過大鼠腓腸肌拉伸實驗，測量大鼠腓腸肌的有效長度、生理橫截面積與彈性系數；步驟二、確定肌肉固定模塊主體結構:根據基礎假人上頸部鋁盤、下頸部鋁盤、橡膠圓盤的尺寸，確定上頸環、下頸環的尺寸，保證上頸環與基礎假人上頸部連接，下頸環與基礎假人下頸部連接；根據斜方肌的止點位置與假人肩部螺栓孔的相對位置，確定肩環結構，使肩環與基礎假人肩部連接；步驟三、確定肌肉模塊彈性系數:基于大鼠腓腸肌與人體肌肉的生理橫截面積不同、有效長度不同，對大鼠腓腸肌的彈性系數進行縮放，分別確定肌肉模塊中胸鎖乳突肌、頭夾肌、斜方肌的彈性系數；步驟四、確定肌肉固定模塊外伸梁通孔位置:在保證肌肉的彈性系數的不變的前提下，對除斜方肌止點外的肌肉起止點進行平移；最后，上頸環的外伸梁通孔位置由平移后的胸鎖乳突肌的止點、頭夾肌的止點位置確定，下頸環的外伸梁通孔位置由平移后的胸鎖乳突肌的起點、頭夾肌的起點、斜方肌的起點位置確定，肩環上梁的通孔位置由斜方肌止點位置確定；步驟五、確定肌肉固定模塊外伸梁結構:根據步驟四中得到的肌肉起止點位置，基于上頸環、下頸環的外表面，確定外伸梁的外伸距離；根據斜方肌止點位置，確定肩環上梁的外伸距離；在外伸梁的端部鉆通孔。作為本技術提供的一種反映人體頸部力學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構，其特征在于，其由肌肉固定模塊與肌肉模塊組成，其中，肌肉固定模塊由上頸環、下頸環及肩環組成，上頸環與基礎假人上頸部連接，下頸環與基礎假人下頸部連接，肩環與基礎假人肩部連接；肌肉模塊由不同彈性系數的彈簧組成，包括兩根胸鎖乳突肌彈簧、兩根頭夾肌彈簧、兩根斜方肌彈簧，胸鎖乳突肌彈簧兩端分別連接上頸環和下頸環，頭夾肌彈簧兩端分別連接上頸環和下頸環，斜方肌彈簧兩端分別連接肩環和下頸環。

【技術特征摘要】
1.一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構，其特征在于，其由肌肉固定模塊與肌肉模塊組成，其中，肌肉固定模塊由上頸環、下頸環及肩環組成，上頸環與基礎假人上頸部連接，下頸環與基礎假人下頸部連接，肩環與基礎假人肩部連接；肌肉模塊由不同彈性系數的彈簧組成，包括兩根胸鎖乳突肌彈簧、兩根頭夾肌彈簧、兩根斜方肌彈簧，胸鎖乳突肌彈簧兩端分別連接上頸環和下頸環，頭夾肌彈簧兩端分別連接上頸環和下頸環，斜方肌彈簧兩端分別連接肩環和下頸環。2.按照權利要求1所述的一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構，其特征在于，所述上頸環具體包括左側上頸環(2a)與右側上頸環(2b)，左側上頸環(2a)為半圓環，半圓環外側設置兩根外伸梁，兩根外伸梁的端部均設有通孔，兩根外伸梁的通孔分別用于連接頭夾肌彈簧和胸鎖乳突肌彈簧；左側上頸環(2a)與右側上頸環(2b)為鏡像對稱結構，左側上頸環(2a)與右側上頸環(2b)圓弧相對固定連接。3.按照權利要求1所述的一種反映人體頸部力學特性的碰撞假人頸部結構，其特征在于，所述下頸環具體包括前向下頸環(8)與后向下頸環(6)，前向下頸環(8)與后向下頸環(6)均為半圓環，前向下頸環(8)外側設置兩根外伸梁，兩根外伸梁的端部均設有通孔，每個通孔用于連接一根胸鎖乳突肌彈簧，后向下頸環(6)外側設置四根外伸梁，四根外伸梁的端部均設有通孔，四個通孔分別用于連接兩根斜方肌彈簧及兩根頭夾肌彈簧；前向下頸環(8)與后向下頸環(6)為鏡像對稱結構，前向下頸環(8)與后向下頸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高鎮海，李楚照，趙會，趙凱姝，劉鵬，宮赫，李釗，高菲，宋學偉，張君媛，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：新型
國別省市：吉林;22