1.背景
Hybrid Ⅲ 50th男性假人是目前汽車被動安全碰撞測試中最常用的假人，而胸部沖擊標定是Hybrid Ⅲ 50th男性假人標定項目中非常重要的一項指標。目前，國內(nèi)外有許多文獻對假人胸部沖擊標定的影響因素進行了相關(guān)探討，主要體現(xiàn)在對環(huán)境溫度、間隔時間、腰椎鋼索力矩、沖擊速度等這些因素的研究，而這些因素在標定法規(guī)中已經(jīng)給出了相關(guān)的范圍要求。假人腹部作為胸腔的填充物位于肋骨腔內(nèi)，腹部硬度對標定試驗和碰撞試驗中會造成什么影響，目前沒有相關(guān)的研究，對腹部的硬度更沒有相關(guān)的界定依據(jù)和范圍。本文通過對不同硬度的腹部進行靜壓測試和胸部沖擊標定，提出了一種Hybrid Ⅲ 50th男性假人腹部硬度的檢測方法，對腹部硬度與假人胸部沖擊標定的相關(guān)性進行了探索分析。
2.Hybrid Ⅲ 50th假人腹部硬度檢測方案
Hybrid Ⅲ系列假人腹部是由皮膚材料包裹發(fā)泡材料構(gòu)成，外形輪廓多為不規(guī)則的曲面，無法采用常規(guī)的硬度計等工具檢測腹部的整體軟硬程度是否合適。根據(jù)已有的試驗方法，結(jié)合腹部結(jié)構(gòu)和性能特點，設(shè)計如下腹部硬度檢測試驗方法：
檢測裝置：腳部壓縮裝置或萬能拉壓試驗機。（注：提供動力，對腹部進行靜態(tài)壓縮，利用裝置上的傳感器獲取壓縮位移和力的數(shù)據(jù)關(guān)系）
腹部工裝：設(shè)計如下腹部塞塊（注：使用時間較長后，假人腹部外形會有一定的變形，所以不宜直接采用與腹部設(shè)計時的內(nèi)腔完全一致的塞塊；腹部塞塊高度需滿足假人腹部試驗過程中不接觸操作面，同時接觸面滿足與50th假人腹部內(nèi)腔頂部平面兩側(cè)無干涉）。基本尺寸如圖1所示。
圖1 腹部塞塊 圖2 腹部壓頭
腹部壓頭：腹部壓頭需有足夠的按壓面積。目前所用的壓頭基本尺寸如圖2所示。
按壓位置：腹部最高點
壓縮速度：15mm/min
壓縮量：20mm
取值要求：壓縮位移為18mm時的力（F18）。
圖3 混Ⅲ-50th假人腹部硬度檢測方案圖示
3.方案實施
根據(jù)以上設(shè)計的試驗方案，為了定量研究腹部軟硬程度對胸部沖擊的影響，探索出腹部靜壓數(shù)據(jù)與胸部沖擊的對應(yīng)關(guān)系，得出合理的腹部軟硬程度的范圍要求，我們在公司生產(chǎn)的腹部中選取了3個手感硬度不同的腹部和1個對照腹部進行了靜壓預(yù)檢試驗和高速胸部沖擊試驗及低速胸部沖擊試驗。
3.1靜壓試驗與胸部高速沖擊試驗相關(guān)性分析
在進行胸部沖擊試驗時，所用的肋骨和胸部皮膚是同一套。肋骨為近期新制的高低速都通過標定的肋骨，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。腹部靜壓實驗也做了穩(wěn)定性驗證，靜壓數(shù)據(jù)穩(wěn)定性比較好。因此，以下的試驗均是在相同條件下進行的，選取了規(guī)律性明顯的一組數(shù)據(jù)進行分析對比。
靜壓試驗數(shù)據(jù)與高速胸部沖擊試驗數(shù)據(jù)對比情況如表1所示。
圖4 胸部位移曲線
圖5 胸部標定合成曲線
結(jié)合圖4和圖5，從表1數(shù)據(jù)可以看出：
①4個腹部在靜壓中所表現(xiàn)出來的軟硬程度各有不同，其中編號120203的腹部與對照腹部軟硬程度最為接近；
②腹部軟硬程度在高速胸部沖擊中，對胸部位移和滯后率影響較?。?/span>
③腹部軟硬程度在高速胸部沖擊中，對沖擊力有一定影響，從數(shù)據(jù)上可以看到，隨腹部的靜壓力增大，沖擊力也有一定的增大趨勢。
基于以上的分析，下面主要把腹部的軟硬程度對高速胸部沖擊力的影響進行進一步比較分析：
以對照假人腹部（FT-DJ8494）為參考標準，對比腹部軟硬程度對高速沖擊力的影響，對比數(shù)據(jù)如表2所示。
圖6 腹部靜壓曲線
圖7 胸部沖擊力曲線
結(jié)合圖6和圖7，從表2中可以看出，在抽取的3個腹部中，最硬的腹部對胸部沖擊力的影響差異為1.31% ，從數(shù)值上來說，這個差異當然也不算太大。數(shù)據(jù)和曲線顯示，腹部越硬，對沖擊力影響越明顯。
3.2 靜壓預(yù)檢試驗與低速胸部沖擊試驗數(shù)據(jù)分析
在研究腹部軟硬程度對低速胸部沖擊試驗的影響時，試驗條件要求及數(shù)據(jù)選取與3.1中相同。靜壓預(yù)檢試驗數(shù)據(jù)與低速胸部沖擊試驗數(shù)據(jù)對比情況如表3所示。
圖8 胸部位移曲線
圖9 胸部標定合成曲線
結(jié)合圖8和圖9，從表3數(shù)據(jù)可以看出：
①腹部軟硬程度在低速胸部沖擊中，對胸部位移和滯后率影響較??；當然，隨著腹部靜壓力增大，胸部位移有減小的趨勢。
②腹部軟硬程度在低速胸部沖擊中，對沖擊力有一定影響，從數(shù)據(jù)上可以看到，隨腹部的靜壓力增大，沖擊力也有一定的增大趨勢。
基于以上的分析，下面主要把腹部的軟硬程度對低速胸部沖擊力的影響進行進一步比較分析：
以對照假人腹部（FT-DJ8494）為參考標準，對比腹部軟硬程度對低速沖擊力的影響，對比數(shù)據(jù)如表4所示。
圖10 腹部靜壓曲線
圖11 胸部沖擊力曲線
從表4可以看出，在抽取的3個腹部中，最硬的腹部相對于對照的腹部對低速胸部沖擊力的影響最大差異率為1.96% ，同時也能看出腹部軟硬程度與對照腹部差異越大，對胸部沖擊力的影響也越明顯。該結(jié)論與腹部軟硬程度對高速胸部沖擊力的影響是相同的。
4.結(jié)論
通過對軟硬程度不同的腹部對假人胸部高速和低速沖擊標定影響的研究分析，我們可以得出以下結(jié)論：
①腹部軟硬程度可以通過靜壓試驗進行定量檢測，進行評判；
②腹部軟硬程度對胸部沖擊實驗的位移和滯后率影響不太明顯；
③腹部軟硬程度對胸部沖擊實驗的沖擊力影響也不太明顯；
④為了保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，避免胸部標定時，沖擊力壓線時不便決擇的情況，我們有必要給出一個合理的靜壓力范圍對腹部軟硬程度進行界定；
⑤結(jié)合生產(chǎn)實際情況及腹部靜壓力與胸部沖擊試驗的沖擊力影響情況，我們認為，高速沖擊由于沖擊較大，與對照腹部相比，沖擊力差異率不大于1%是可接受的，低速沖擊有沖擊力小一些，與對照腹部相比，沖擊力差異率不大于1.5%是可接受的，由此推斷腹部硬度的靜壓力評判標準為：預(yù)檢壓力應(yīng)在100N～250N較為合適。
腹部塞塊作為假人模擬人體腹部的一個重要部件，本文只對Hybrid Ш 50th腹部硬度與胸部沖擊標定的相關(guān)性進行了探索性研究，但其對假人軀干彎曲性能的影響情況以及在碰撞試驗中腹部對假人姿態(tài)和安全帶數(shù)據(jù)的影響情況也是值得我們進一步研究的。
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