反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构与设计方法
反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构与设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构，其由肌肉固定模块与肌肉模块组成，其中，肌肉固定模块由上颈环、下颈环及肩环组成，上颈环与基础假人上颈部连接，下颈环与基础假人下颈部连接，肩环与基础假人肩部连接；肌肉模块由不同弹性系数的弹簧组成，包括两根胸锁乳突肌弹簧、两根头夹肌弹簧、两根斜方肌弹簧，胸锁乳突肌弹簧两端分别连接上颈环和下颈环，头夹肌弹簧两端分别连接上颈环和下颈环，斜方肌弹簧两端分别连接肩环和下颈环。本发明用于碰撞假人的颈部，有效的实现颈部肌肉对头部颈部的作用，具有更高的生物仿真度。本发明同时公开了一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的设计方法。
【专利说明】反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构与设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构与设计方法，属于汽车碰撞安全领域。
【背景技术】
[0002]伴随着汽车工业的高速发展，汽车安全性在评价汽车的性能方面日趋重要，尤其是车辆乘员碰撞安全保护技术，更是成为国内外汽车市场的产品核心竞争技术和研究的重点。然而，现有汽车对乘员保护性能仍有不足，如无法描述真实人类在交通事故中骨折、肌肉损伤、颅脑伤害等。且由于无法重现真实人体在碰撞过程中受肌肉而影响的运动特性，经常会出现在现有碰撞规程下碰撞安全性能较高的汽车在真实交通事故中不能很好地保护驾驶员的情况。这与车辆乘员碰撞安全性能设计使用的假人无法真实反映人体的力学特性造成的。
[0003]目前，国际上已经意识到在碰撞过程中肌肉的力学特性随乘员运动与损伤的影响，并建立了多种具有肌肉的数字化假人模型，由于使用的表征肌肉的材料属性不同，这些数字化假人模型在碰撞仿真分析中的效果不尽相同，并没有形成一个统一的标准。尽管这些数字化假人模型的结构与真实人体结构十分相似，但并不能很好地重现真实人体的碰撞过程中的运动特性，因而依然处于探索阶段。
[0004]自上世纪八十年代以来，国际汽车工程领域大多采用假人(如采用金属和塑料等材料的Hybrid III型假人)进行交通事故的台车或实车碰撞实验，并通过测试在假人各位置的加速度或位移或受力来评价汽车乘员损伤程度。这种假人多是从生物医学角度建立的静态人体模型，缺乏在碰撞过程中对肌肉的力学特性的表达。尤其是对损伤影响较大的头部与颈部运动，受颈部肌肉的影响较大，但在现有假人中，无法重现这一力学特性。同时，为了制造与安装的便利，现有假人颈部结构与真实人体有较大的差异:真实人体颈部是有多个颈椎组合而成，可以进行灵活的运动，而假人颈部则是由铝盘与橡胶圆盘交替搭接所形成柱体结构，使得假人的颈部运动受到一定的限制。这种结构简化形成的差异使得现有基于假人的设计无法准确描述真实人体在实际交通事故中的运动和损伤。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构与设计方法，在现有假人基础上，结合医学、生物力学与工程需求，从车辆乘员安全保护的角度出发，充分考虑碰撞过程中颈部力学特性对颈部运动的影响，设计具有肌肉力学特性的肌肉型弹簧，并设计相对应的肌肉固定结构，提高假人模型的生物仿真性，进而提高汽车的碰撞安全性能。
[0006]本发明的主要目的可通过如下技术方案实现:
[0007]提供一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构，其由肌肉固定模块与肌肉模块组成，其中，肌肉固定模块由上颈环、下颈环及肩环组成，上颈环与基础假人上颈部连接，下颈环与基础假人下颈部连接，肩环与基础假人肩部连接；肌肉模块由不同弹性系数的弹簧组成，包括两根胸锁乳突肌弹簧、两根头夹肌弹簧、两根斜方肌弹簧，胸锁乳突肌弹簧两端分别连接上颈环和下颈环，头夹肌弹簧两端分别连接上颈环和下颈环，斜方肌弹簧两端分别连接肩环和下颈环。
[0008]作为本发明提供的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的改进方案，所述上颈环具体包括左侧上颈环2a与右侧上颈环2b，左侧上颈环2a为半圆环，半圆环外侧设置两根外伸梁，两根外伸梁的端部均设有通孔，两根外伸梁的通孔分别用于连接头夹肌弹簧和胸锁乳突肌弹簧；左侧上颈环2a与右侧上颈环2b为镜像对称结构，左侧上颈环2a与右侧上颈环2b圆弧相对固定连接。
[0009]作为本发明提供的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的改进方案，所述下颈环具体包括前向下颈环8与后向下颈环6，前向下颈环8与后向下颈环6均为半圆环，前向下颈环8外侧设置两根外伸梁，两根外伸梁的端部均设有通孔，每个通孔用于连接一根胸锁乳突肌弹簧，后向下颈环6外侧设置四根外伸梁，四根外伸梁的端部均设有通孔，四个通孔分别用于连接两根斜方肌弹簧及两根头夹肌弹簧；前向下颈环8与后向下颈环6为镜像对称结构，前向下颈环8与后向下颈环6圆弧相对固定连接。
[0010]作为本发明提供的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的改进方案，所述肩环具体包括左肩环5a与右肩环5b，左肩环5a与右肩环5b均为直角梁且左肩环5a与右肩环5b对称安装在假人肩部两侧；所述左肩环5a与右肩环5b的上梁的端部均设有通孔，每个通孔用于连接一根斜方肌弹簧；左肩环5a与右肩环5b的下梁均与基础假人肩部连接。
[0011]作为本发明提供的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的改进方案，所述上颈环圆弧内侧均设有安装槽，安装槽与基础假人上颈部凸台过盈配合；所述下颈环圆弧内侧设有安装槽，安装槽与基础假人下颈部凸台过盈配合；上颈环圆弧内侧的安装槽的宽度大于下颈环圆弧内侧的安装槽的宽度。
[0012]作为本发明提供的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的改进方案，所述胸锁乳突肌弹簧、头夹肌弹簧、斜方肌弹簧均为拉伸型弹簧；胸锁乳突肌弹簧具体包括对称安装的左侧胸锁乳突肌弹簧7a与右侧胸锁乳突肌弹簧7b，左侧胸锁乳突肌弹簧7a和右侧胸锁乳突肌弹簧7b两端均分别连接上颈环和下颈环；头夹肌具体包括对称安装的左侧头夹肌弹簧3a与右侧头夹肌弹簧3b，左侧头夹肌弹簧3a和右侧头夹肌弹簧3b两端均分别连接上颈环和下颈环；斜方肌弹簧具体包括对称安装的左侧斜方肌弹簧4a与右侧斜方肌弹簧4b，左侧斜方肌弹簧4a和右侧斜方肌弹簧4b两端均分别连接下颈环和肩环。
[0013]本发明同时提供一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的设计方法，碰撞假人颈部结构由肌肉固定模块与肌肉模块组成，肌肉固定模块由上颈环、下颈环及肩环组成，上颈环上对称设有两跟外伸梁且外伸梁端部设有通孔，下颈环上两两对称设有四根外伸梁且外伸梁端部设有通孔；肌肉模块由不同弹性系数的弹簧组成，分别为表征胸锁乳突肌的弹簧、表征头夹肌的弹簧、表征斜方肌的弹簧；该设计方法包括以下步骤:
[0014]步骤一、获取基本参数:
[0015]查询人体数据库，获得人体颈部胸锁乳突肌、头夹肌、斜方肌的起止点位置与生理横截面积，进而确定肌肉起止点位置间的肌肉有效长度；再通过大鼠腓肠肌拉伸实验，测量大鼠腓肠肌的有效长度、生理横截面积与弹性系数；
[0016]步骤二、确定肌肉固定模块主体结构:根据基础假人上颈部铝盘、下颈部铝盘、橡胶圆盘的尺寸，确定上颈环、下颈环的尺寸，保证上颈环与基础假人上颈部连接，下颈环与基础假人下颈部连接；根据斜方肌的止点位置与假人肩部螺栓孔的相对位置，确定肩环结构，使肩环与基础假人肩部连接；
[0017]步骤三、确定肌肉模块弹性系数:基于大鼠腓肠肌与人体肌肉的生理横截面积不同、有效长度不同，对大鼠腓肠肌的弹性系数进行缩放，分别确定肌肉模块中胸锁乳突肌、头夹肌、斜方肌的弹性系数；
[0018]步骤四、确定肌肉固定模块外伸梁通孔位置:在保证肌肉的弹性系数的不变的前提下，对除斜方肌止点外的肌肉起止点进行平移；最后，上颈环的外伸梁通孔位置由平移后的胸锁乳突肌的止点、头夹肌的止点位置确定，下颈环的外伸梁通孔位置由平移后的胸锁乳突肌的起点、头夹肌的起点、斜方肌的起点位置确定，肩环上梁的通孔位置由斜方肌止点位置确定；
[0019]步骤五、确定肌肉固定模块外伸梁结构:根据步骤四中得到的肌肉起止点位置，基于上颈环、下颈环的外表面，确定外伸梁的外伸距离；根据斜方肌止点位置，确定肩环上梁的外伸距离；在外伸梁的端部钻通孔。
[0020]作为本发明提供的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的设计方法的进一步改进方案，步骤一获取基本参数中，根据下式确定肌肉起止点位置间的肌肉有效长度:
【权利要求】
1.一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构，其特征在于，其由肌肉固定模块与肌肉模块组成，其中，肌肉固定模块由上颈环、下颈环及肩环组成，上颈环与基础假人上颈部连接，下颈环与基础假人下颈部连接，肩环与基础假人肩部连接；肌肉模块由不同弹性系数的弹簧组成，包括两根胸锁乳突肌弹簧、两根头夹肌弹簧、两根斜方肌弹簧，胸锁乳突肌弹簧两端分别连接上颈环和下颈环，头夹肌弹簧两端分别连接上颈环和下颈环，斜方肌弹簧两端分别连接肩环和下颈环。
2.按照权利要求1所述的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构，其特征在于，所述上颈环具体包括左侧上颈环(2a)与右侧上颈环(2b)，左侧上颈环(2a)为半圆环，半圆环外侧设置两根外伸梁，两根外伸梁的端部均设有通孔，两根外伸梁的通孔分别用于连接头夹肌弹簧和胸锁乳突肌弹簧；左侧上颈环(2a)与右侧上颈环(2b)为镜像对称结构，左侧上颈环(2a)与右侧上颈环(2b)圆弧相对固定连接。
3.按照权利要求1所述的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构，其特征在于，所述下颈环具体包括前向下颈环(8)与后向下颈环(6)，前向下颈环(8)与后向下颈环(6)均为半圆环，前向下颈环(8)外侧设置两根外伸梁，两根外伸梁的端部均设有通孔，每个通孔用于连接一根胸锁乳突肌弹簧，后向下颈环(6)外侧设置四根外伸梁，四根外伸梁的端部均设有通孔，四个通孔分别用于连接两根斜方肌弹簧及两根头夹肌弹簧；前向下颈环(8)与后向下颈环(6)为镜像对称结构，前向下颈环(8)与后向下颈环(6)圆弧相对固定连接。
4.按照权利要求1所述的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构，其特征在于，所述肩环具体包括左肩环(5a)与右肩环(5b)，左肩环(5a)与右肩环(5b)均为直角梁且左肩环(5a)与右肩环(5b)对称安装在假人肩部两侧；所述左肩环(5a)与右肩环(5b)的上梁的端部均设有通孔，每个通孔用于连接一根斜方肌弹簧；左肩环(5a)与右肩环(5b)的下梁均与基础假人肩部连接。
5.按照权利要求1所述的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构，其特征在于，所述上颈环圆弧内侧均设有安装槽，安装槽与基础假人上颈部凸台过盈配合；所述下颈环圆弧内侧设有安装槽，安装槽与基础假人下颈部凸台过盈配合；上颈环圆弧内侧的安装槽的宽度大于下颈环圆弧内侧的安装槽的宽度。
6.按照权利要求1所述的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构，其特征在于，所述胸锁乳突肌弹簧、头夹肌弹簧、斜方肌弹簧均为拉伸型弹簧；胸锁乳突肌弹簧具体包括对称安装的左侧胸锁乳突肌弹簧(7a)与右侧胸锁乳突肌弹簧(7b)，左侧胸锁乳突肌弹簧(7a)和右侧胸锁乳突肌弹簧(7b)两端均分别连接上颈环和下颈环；头夹肌具体包括对称安装的左侧头夹肌弹簧(3a)与右侧头夹肌弹簧(3b)，左侧头夹肌弹簧(3a)和右侧头夹肌弹簧(3b)两端均分别连接上颈环和下颈环；斜方肌弹簧具体包括对称安装的左侧斜方肌弹簧(4a)与右侧斜方肌弹簧(4b)，左侧斜方肌弹簧(4a)和右侧斜方肌弹簧(4b)两端均分别连接下颈环和肩环。
7.一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的设计方法，其特征在于，碰撞假人颈部结构由肌肉固定模块与肌肉模块组成，肌肉固定模块由上颈环、下颈环及肩环组成，上颈环上对称设有两跟外伸梁且外伸梁端部设有通孔，下颈环上两两对称设有四根外伸梁且外伸梁端部设有通孔；肌肉模块由不同弹性系数的弹簧组成，分别为表征胸锁乳突肌的弹簧、表征头夹肌的弹簧、表征斜方肌的弹簧；该设计方法包括以下步骤:
步骤一、获取基本参数:
查询人体数据库，获得人体颈部胸锁乳突肌、头夹肌、斜方肌的起止点位置与生理横截面积，进而确定肌肉起止点位置间的肌肉有效长度；再通过大鼠腓肠肌拉伸实验，测量大鼠腓肠肌的有效长度、生理横截面积与弹性系数；
步骤二、确定肌肉固定模块主体结构:根据基础假人上颈部铝盘、下颈部铝盘、橡胶圆盘的尺寸，确定上颈环、下颈环的尺寸，保证上颈环与基础假人上颈部连接，下颈环与基础假人下颈部连接；根据斜方肌的止点位置与假人肩部螺栓孔的相对位置，确定肩环结构，使肩环与基础假人肩部连接；
步骤三、确定肌肉模块弹性系数:基于大鼠腓肠肌与人体肌肉的生理横截面积不同、有效长度不同，对大鼠腓肠肌的弹性系数进行缩放，分别确定肌肉模块中胸锁乳突肌、头夹肌、斜方肌的弹性系数；
步骤四、确定肌肉固定模块外伸梁通孔位置:在保证肌肉的弹性系数的不变的前提下，对除斜方肌止点外的肌肉起止点进行平移；最后，上颈环的外伸梁通孔位置由平移后的胸锁乳突肌的止点、头夹肌的止点位置确定，下颈环的外伸梁通孔位置由平移后的胸锁乳突肌的起点、头夹肌的起点、斜方肌的起点位置确定，肩环上梁的通孔位置由斜方肌止点位置确定；
步骤五、确定肌肉固定模块外伸梁结构:根据步骤四中得到的肌肉起止点位置，基于上颈环、下颈环的外表面，确定外伸梁的外伸距离；根据斜方肌止点位置，确定肩环上梁的外伸距离；在外伸梁的端部钻通孔。
8.按照权利要求7所述的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的设计方法，其特征在于，所述步骤一获取基本参数中，根据下式确定肌肉起止点位置间的肌肉有效长度:
9.按照权利要求7所述的一种反映人体颈部力学特性的碰撞假人颈部结构的设计方法，其特征在于，所述步骤三确定肌肉模块弹性系数中，根据下式分别确定肌肉模块中胸锁乳突肌、头夹肌、斜方肌的弹性系数。
【文档编号】G01M7/08GKSQ
【公开日】日
申请日期:日
优先权日:日
【发明者】高镇海, 李楚照, 赵会, 赵凯姝, 刘鹏, 宫赫, 李钊, 高菲, 宋学伟, 张君媛
申请人:吉林大学天极传媒：天极网全国分站
您现在的位置：
& &&超BT人体模型改造机箱图赏
真人还是假人？超BT人体模型改造机箱图赏 13:54
　　Jan Erik Vangen在改造这款之前经过了反复的思想斗争，因为要进行这款人体模型机箱的改造看上去似乎有点不“道德”，尽管我们此前在看到过一些类似的改造，但那毕竟不是出自欧美改造这之手。不管怎样，他最终还是决定改造了这款人体模型机箱。
　　由于该改造机箱本身的体积较小，所以使用了Mini-ITX进行装配，人体模型的手指处是一个，眼睛处是一款摄像头。
人体模型的选用
打算在模型背后加入放置主板的铁盒子
剪出空余部分
（作者：佚名责任编辑：王伟彦）
欢迎在新浪微博上关注我们
软件数码办公IT新闻东莞时报多媒体数字报刊平台_东莞时间网
第A22版：神八飞天·约会天宫
本版新闻列表
东莞日报社旗下媒体：　　
“神八”两个模拟航天员假人运行良好正发出人体生理信号
来源：东莞时间网-东莞时报
　　监测　　记者昨天从中国航天员科研训练中心获悉，用于模拟航天员的两个形体假人目前正按程序从“神舟八号”飞船舱内发出模拟人体生理信号。　　身穿白色舱内航天服、躺卧在狭小椅盆中、身体被束缚带紧紧固定……这就是“神舟八号”飞船舱内按照载人标准配备的两个形体假人场景。　　据中国航天员科研训练中心专家许志介绍说，两个形体假人各重75公斤，按真实飞行状态穿好舱内航天服，服装上安装有生理信号测试盒。该中心研制出拟人生理信号主机，模拟产生心电、呼吸、体温、血压等信号，经采集传输下传到地面。在真实飞行中，这四大生理指标密切关系航天员飞行时的身体健康，需要实时监测，供地面医监医生分析。航天员会24小时穿着生理信号测试背心，提取这些生理指标。　　“由于‘神八’飞船没有人，不会真的产生心电、呼吸、体温、血压等生理信号，所以我们采用拟人生理信号主机，模拟发出这些信号，考核信号传输链路是否正常，为下一步载人飞行进行验证。”许志说。　　形体假人穿着的舱内航天服，也是飞船发射、返回和变轨阶段航天员必穿的，危急时可以救命。飞船座舱一旦发生泄漏，压力突然降低，舱内航天服能立即供氧供气，提供防护。　　中国航天员科研训练中心航天服专家刘向阳说，舱内航天服只在飞船中配备，航天员在“天宫一号”中工作生活不需要穿着舱内服。他还透露，中国目前正在对女航天员的舱内服进行研究，针对她们的体型特征进行设计，以保证服装适体。观察放入抗凝剂的血液的实验中，将10ml的新鲜的人体血液和抗凝剂混合，24小时以后，出现了如图所示的分层现象?请回答下列问题?（1）血液中能运输养料和废物的成分是图中所示的______（填字母），除上述功能外，它还具有运载______细胞的功能．（2）氧气进入血液以后，主要由图中______（填字母）部分血细胞来运输．（3）能吞噬病菌的血细胞存在于图中的______（填字母）．
血刺黄昏0863
（1）血液中运输养料和废物的成分是图中所示的A；除上述功能外，它还具有运载血细胞的功能．（2）氧气进入血液以后，主要由图中C部分血细胞来运输．（3）能吞噬病毒的血细胞存在于图中的B．故答案为：（1）A；血（2）C．（3）B；
为您推荐：
血液中加入抗凝剂会阻止血液的凝固，经过震荡或者离心后会出现分层现象．图中A是血浆，可以运载血细胞，B是白细胞和血小板，白细胞能够变形穿透毛细血管壁，吞噬细菌，对人体具有防御功能；血小板能够堵塞伤口，其中还含有促进血液凝固的物质，起止血和加速凝血的作用．C是红细胞，红细胞中富含血红蛋白，血红蛋白在氧含量高的地方与氧结合，在氧含量低的地方与氧分离，可见红细胞具有携带氧的功能．
本题考点：
血液的成分和主要功能．
考点点评：
解题的关键是熟悉血液的成分和功能．
扫描下载二维码（2009o深圳模拟）小名在家里找到一张血液检验报告单，发现人体血液中含有红细胞、血小板和淋巴细胞等细胞，可分析知道人体的血液是一种（　　）A．细胞B．组织C．器官D．系统
血液是由有形成份和无形成份两部分组成．有形成份包括红细胞、白细胞和血小板等，约占血液的45%，其余55%为无形成份----血浆，其中的有形成份红细胞的形态相似，结构和功能相同，白细胞和血小板也是这样，可见血液符合组织的概念，因此血液属于组织，且具有营养、保护等功能，属于结缔组织．故选：B
为您推荐：
组织是细胞分化的结果，细胞分化产生了不同的细胞群，每个细胞群都是由形态相似，结构、功能相同的细胞联合在一起形成的，这样的细胞群叫组织．器官是由不同的组织按照一定的次序结合在一起构成的．据此答题，
本题考点：
细胞、组织、器官、系统的概念．
考点点评：
掌握组织和器官的定义，注意区分组织和器官，解答本题只要明确血液属于结缔组织即可．
扫描下载二维码