半岛·BOB官方网站 公路自行车赛事故中骑车人头部损伤影响因素及头盔防护性能研究

【摘要】：近年来，随着绿色环保出行理念深入人心半岛·体育中国官方网，公路自行车运动在世界范围内越来越受到欢迎，我国公路自行车运动爱好者数量逐年大幅增加。每年，世界各地都会举办许多不同级别、不同规模的公路自行车比赛，仅2019年下半年，我国就举办了不下30场公路自行车比赛。自行车比赛竞争激烈，骑行速度快半岛·BOB官方网站，各种骑行事故在所难免。然而，目前国内外学者对公路自行车事故的研究，多集中于对常见骑行者损伤部位及事故原因的调查与综述，而对骑行者损伤机理及其全方位防护缺乏深入分析。由于公路自行车赛道的复杂性，经常发生重大碰撞事故。在事故中，骑行者的头部往往是最脆弱、最致命的部位，此时头盔对于运动员来说就显得尤为重要。因此研究头盔在典型道路自行车事故中的安全性能及其关键影响参数具有重要意义。本研究基于本团队前期构建并验证的6个自行车安全头盔有限元模型，从文献及道路自行车事故视频中选取典型道路自行车事故场景进行事故重建，选取3个骑车人模型（5、50、95百分位），构建18个典型道路自行车事故场景，利用控制变量法建立234个仿真工况。采用耦合多刚体行人模型与头盔有限元模型进行仿真计算，提取骑车人头部线性加速度、旋转加速度等数据，采用多种头部损伤标准对骑车人头部损伤进行损伤风险评估。

研究结果显示，体型较小的骑行者头部受伤风险高于其他两种体型，这可能意味着在公路自行车赛中，体型较小的女性运动员在事故中比其他运动员更容易遭受严重的头部伤害；在不同坡度上，5%和95%体型骑行者的头部伤害值明显高于50%体型骑行者；在同样的碰撞条件下半岛·BOB官方网站，体型较小的骑行者（5%体型）更容易遭受严重的脑损伤，而头盔对中等体型（50%体型）骑行者的防护效果最好，并且头盔的防护效果只与头盔本身的特性有关，而与价格无直接相关性。然后基于两个头盔防护效果较差的骑行者模型（5百分位和95百分位），采用正交试验设计法对头盔材料关键参数（头盔壳体的杨氏模量E_1与泊松比、头盔本体的杨氏模量E_2、密度、应力-应变曲线C）进行优化设计，并用直观分析法分析头盔各关键参数对骑行者头部损伤响应的影响趋势及显著性。研究结果表明：在不同体形、不同头盔使用条件下，头盔的5个关键参数对头部Br IC值影响不大；对于5百分位，头盔1的5个关键参数对其HIC_（15）值的敏感性较小，头盔4和5的5个关键参数较大，而头盔2、3、6对其HIC_（15）值的敏感性差别不大；并且头盔的五个参数都对第5百分位的HIP敏感。

对于95百分位，各头盔帽体的杨氏模量E_2和应力-应变曲线C值对HIC_(15)值较为敏感，而帽壳密度ρ对HIC_(15)值不敏感；在95百分位，各头盔帽体的杨氏模量E_2对HIP值较为敏感，而帽壳密度ρ不敏感。本研究利用本团队前期构建的6个自行车有限元模型，采用多体动力学与有限元分析方法，分析不同碰撞因素对骑行者损伤风险的影响，并利用正交试验法对头盔关键参数进行优化。研究结果表明：体型较小骑行者头部损伤风险高于另外两种体型；头盔关键参数对骑行者头部Br IC值影响较小。由于比赛的复杂性，自行车运动员的实际损伤情况还有待进一步研究。