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汽车测试假人皮肤材料探究

发布时间:2015-08-15 08:49

“汽车碰撞安全性能试验”是人们最关注的汽车试验项目之一。随着我国乘用车产销量的快速增长,汽车的安全性也越来越受到广大消费者的重视。汽车碰撞试验假人(汽车安全假人)是汽车碰撞安全性能试验不可缺少的基本测试设备,从假人上获得的数据可以预测实际碰撞中乘客受伤的风险程度。试验假人模拟越真实,测试结果就越准确。了解车辆本身、安全系统和乘客在碰撞中受到的影响,才可不断提升产品的安全性能。因此,要推行中国新车安全评价规程 (C-NCAP) 就必须要有中国自己的汽车碰撞测试用的试验假人 [1-2]。
汽车碰撞试验假人是按照相似性原理制造,实现外部形态的相似性、材料组织等效、内部结构仿真的一个身体里装满各种感应器的人体模型。汽车碰撞实验假人的“皮肤”是一种仿生皮肤肌肉复合材料,作为汽车碰撞试验假人的第一道防线,其材料的弹性、硬度和反弹性能等力学特性将直接影响汽车碰撞试验冲击能量的衰减、传递和沉积。仿生材料的反弹性能和损伤因子将影响碰撞冲击响应的加速度和冲击载荷的作用时间,使假人体内的传感器所获取信号幅值的变化和相位滞后,影响汽车碰撞试验对人体损伤程度判定的科学性和准确性。由于汽车碰撞试验假人仿生皮肤材料的特殊性,仿生材料的硬度、强度、弹性模量等力学参数采用单一的邵氏硬度指标表征,沿用塑料橡胶非金属固体材料力学性能测试的方法已不能全面评定仿生材料的力学特性,对汽车碰撞试验假人的“皮肤”材料要求既能抵抗碰撞冲击的损伤,又要能把冲击波信息传递到埋设在内部的传感器。针对汽车碰撞试验假人仿生皮肤材料的特殊性,采用冲击试验方法,采集冲击信息,进行冲击波谱与冲击波传导阻抗分析,从而对汽车碰撞试验假人仿生皮肤材料结构的力学特性以及抗冲击强度的等效性进行综合评定,对汽车碰撞试验模拟人仿生皮肤材料的设计、合成、制备提供数据分析和理论依据具有十分重要的指导作用。

1、冲击模型的建立
汽车碰撞试验时假人受到的冲击过程是瞬态的,持续时间短暂,是骤然的、剧烈的能量释放、能量传递与转换过程。把假人作为一个测试系统,在冲击作用下所产生的运动为瞬态运动,运动状态与冲击持续时间及系统的固有周期有关。从理论分析角度看,冲击运动就是系统受到一种短暂的脉冲、阶跃或其它瞬态的非周期激励下的响应。冲击响应引起的系统振动能够很快消失,但它引起的最大应力(或位移)却可能使系统损坏 [3-5]。冲击动力学过程是一系列随时间变化的动态过程,建立简化的冲击模型如图 1 所示:m1以一定的初始速度撞向m2,汽车碰撞试验时模拟人皮肤简化成弹性元件k。设弹性材料的刚度系数为k,m1的冲击速度为v0可得到运动方程:
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a,x反映冲击时正波峰值和脉宽;vp为冲击时的最大速度的 1/2。在冲击锤质量、冲击速度一定时,脉宽与弹性材料的刚度系数k有关,因此通过测试冲击波形,采集冲击信息,进行冲击波谱与冲击波传导阻抗分析,从而对汽车碰撞试验假人仿生皮肤材料结构的力学特性以及抗冲击强度的等效性进行综合评定。

2 冲击试验分析
2.1 冲击试验建立
香港挂牌全篇之官网仿生皮肤材料的力学性能在极大程度上决定了材料在实际应用中的优劣性,由于在制备中固化剂和填料的用量及后硫化时间的不同,会影响仿生皮肤材料的力学性能。为了制备综合性能优越的仿生皮肤,正确地理解和掌握这些因素的影响规律,测试样品选用了配方和制备时间各有差异的 4 种材料(记为试件 1、试件 2、试件 3 和试件 4),以等体积进行测试,试件样品直径为60 mm,厚度 15 mm。冲击试验原理如图 2 所示,采用垂直冲击的方法。冲锤质量 150 g,冲锤工作面与样品相距高度为 200 mm,释放冲击锤,以v=6 m/s 的速度撞击冲击台(试件)。记录冲击波峰值与传导波波谱进行分析。

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2.2 实验数据分析
图 3(a ~ d)为 4 种试件的冲击波与传导波波谱图,(上图是冲击波谱,下图是传导波谱),从图中看出:(a)图试件 1 的传导波出现震荡;(b)图试件 2 的冲击波与传导波波谱图较为理想;(c)图试件 3 传导波波谱图是材料损伤现象;(d)图试件 4 反映冲击波在试件材料的弹性刚度过强,

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传导波的阻抗大。
图 4 为试件在受到冲击时的应力。由图中可

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以看到试件 1、试件 2 和试件 43 种材料的脉冲波形脉宽为 0.5 ms,但是试件 2 受冲击时应力较大,响应快,传递波信号强,试件 1 和 4 受冲击时应力基本相同,传递冲击波信号弱。
从测试数据分析可知,后硫化时间的长短对材料性能的影响较大,太长或太短都无法使材料具有较好的弹性性能,试件 2 的后硫化时间为 5 h比较合适,制得的仿生皮肤材料力学性能较好;填料当用量为 5 份时仿生皮肤材料有非常明显的补强作用;试件 1 和 4 随着固化剂用量的增多,材料的强度增大,同时传导波的阻抗也增大,仿生皮肤材料的冲击性能下降。因此,固化剂正硅酸乙醋的用量对仿生皮肤材料性能有明显的影响。

3 结论
香港挂牌全篇之官网对汽车碰撞试验假人仿生皮肤材料的要求是既能抵抗碰撞冲击的损伤,又要能把冲击波信息传递到埋设在试验模拟人内部的传感器。采用冲击试验方法,采集冲击波谱与冲击的波传导信息,对汽车碰撞试验模拟人的“皮肤”材料进行冲击波谱与冲击波传导阻抗分析方法是可行的,能对汽车碰撞试验假人仿生皮肤材料结构的力学特性以及抗冲击强度的等效性进行综合评定。汽车碰撞试验假人仿生皮肤材料的冲击性能分析数据为仿生皮肤材料的设计、合成、制备提供了数据分析和理论依据。


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