追尾碰撞中头枕倾角对乘员颈部损伤的影响

摘要

目的：探究汽车追尾碰撞时头枕倾角对乘员头颈部运动学和生物力学响应的影响。方法：通过构建头颈部有限元模型，结合C-NCAP（2024版）鞭打试验工况，设置不同头枕倾角（100°～150°）时头颈部的追尾碰撞仿真试验，分析不同头枕倾角时乘员颈部的生物力学响应和运动学响应，如全颈椎（C1～C7）剪切力、轴向力、弯矩、上下颈椎相对速度与加速度、颈部组织应力分布以及颈部的NIC和N_km等指标，揭示不同头部倾角时乘员颈部的损伤特征与机理。结果：随着头枕倾角的增大，上下颈椎相对速度和加速度降低，颈部屈伸角度逐渐减小，颈部损伤指标NIC降低，N_km呈增-减-增趋势，而颈部椎骨、脊髓等的应力以及不同韧带等的应变指标呈现复杂的变化趋势；当头枕倾角在120°～130°时，颈椎所受剪切力和弯矩有所增加，其颈椎和脊髓的应力也出现明显峰值波动。结论：座椅头枕倾角变化对颈部损伤影响具有复杂性，研究其损伤时应结合应力应变指标和NIC、N_km等指标综合考虑。在倾角约120°时应考虑合理头枕设计以缓解颈部受力。该研究为头枕设计优化、提升车辆安全性能以及相关安全法规的完善提供基础。

关键词

头颈部有限元模型 / 头枕倾角 / 颈部损伤 / 有限元分析 / 追尾碰撞