3 数据分析
3.1 NIC分析
颈部伤害值NIC是枕骨铰链相对于T1的水平加速度和速度的相对值。
NIC计算过程表明:该指标主要与T、加速度和头部x方向加速度有关。对摸底试验NIC计算过程进行推导。其中,Ax-T1代表胸部T1平均加速度,Ax-head代表头部x方向加速度,A-rel代表相对加速度,Vx-rel代表相对速度。推导过程如图1、图2所示。
图2中可看出:NIC在106 ms时达到最大值24.4,超标较多,得0.5分,失1.5分。通过曲线分析NIC构成,可以看出:相对加速度占较大比重,对NIC直接影响较大;此外,根据NIC计算公式,相对速度是由相对加速度积分而来,也受相对加速度间接影响。因此,降低NIC值,必须降低相对加速度。
图1中,Ax-T1在48 m、左右开始产生并缓慢上升,而Ax-head在105 m,左右产生,远晚于Ax-T1,并且产生后急剧上升。随着头部加速度的急剧上升,相对加速度急剧下降直至转向,NIC也随之降低。
上述分析表明,NIC值的大小与头枕接触时刻密切相关。头枕接触时刻越早,在Ax-T1刚产生时Ax-head随之产生,可以迅速缓解Ax-T1、的增大趋势,使相对加速度Ax-rel在值不大时,便开始降低直至反向,实现降低NIC正向幅值。因此,在优化NIC伤害时,应尽可能提早头枕接触时刻,即减小头后的间隙。
3.2颈部载荷分析
对于假人头部,在碰撞过程中将存在惯性力、头枕施加的外力、上颈部施加的约束内力。分别用Fx、Fux、Fix表示假人头部x方向的所受外力、约束内力、取反惯性力,应用达朗贝尔原理,有
Fx+Fux+(-Fix)=0(6)
Fix=4.54 Ax(7)
所以,有
Fx=4.54 Ax-Fux(8)
同理,分别用Fz、Fuz、Fiz表示假人头部z方向的所受外力、约束内力、取反惯性力,则有
Fz= 4.54 Az-Fuz(9)
Ax、Az、Fux、Fuz在试验过程中可采集得到,依据公式(8)和(9),可计算出试验过程中假人头部x和z方向所受到的外力。对于Y方向受力,由于后碰撞试验,其值较低则不予考虑。根据上述原理,对假人头部受力计算如下:试验中采集的假人头部加速度如图3所示,假人上颈部剪切力及拉力如图4所示。
依据公式(7)计算出Fix,公式(8)计算出Fx。Fx、Fux、Fix之间关系如图5a所示;同理,处理出Fz 、Fuz、Fiz之间关系如图5b所示。