(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211002103.2 (22)申请日 2022.08.20 (71)申请人 中国民航大 学 地址 300300 天津市东 丽区津北公路2898 号中国民航大 学 (72)发明人 牟浩蕾　解江　冯振宇　 (74)专利代理 机构 广州中粤知识产权代理事务 所(普通合伙) 44752 专利代理师 杨毅宇 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的 分析评估方法 (57)摘要 本发明公开了民机典型机身框段坠撞响应 及乘员伤害的分析评估 方法， 具体涉及民机适坠 性评估领域， 包括： 步骤S1， 基于验证的机身框段 有限元模型以及座椅/乘员约束系统有限元模 型， 建立民机典型机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析 有限元模型； 步骤S2， 利用上述模型进行坠撞仿 真计算， 得到有限元仿真结果， 仿真结果与实验 数据进行对比修正， 得到经验证的机身框段 ‑座 椅‑乘员坠撞分析有限元模型； 步骤S3， 利用上述 模型得到的有限元仿真结果， 评估机身框段坠撞 响应和乘员在坠撞冲击下的伤害程度； 步骤S4， 基于上述模型， 进行多种工况下的坠撞仿真分 析， 获得结构坠撞响应、 乘员动态响应及伤害情 况， 以综合评估乘员伤害风险。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115358124 A 2022.11.18 CN 115358124 A 1.民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法， 其特征在于： 包括建立民 机典型机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模 型、 验证典型机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析 有限元模型、 进行典型坠撞工况下的机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞响应及乘员伤害分析、 进行 多种坠撞工况 下的民机 框段坠撞响应及乘员伤害的分析及评估， 具体步骤如下： 步骤S1， 建立民机典型机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模型： 分别建立经验证的 机身框段结构有限元模型和 座椅/乘员约束系统有限元模型， 将机身框段结构有限元模型 和座椅/乘员约束系统有限元模型组合， 建立出民机典型机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有 限元模型； 步骤S2， 验证民机典型机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模型： 首先利用上述模型 计算即可求解得到机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模型的仿 真结果， 通过与坠撞试验 获得的机身 结构坠撞响应、 座椅动态响应、 乘员假人动态响应等数据进 行对比， 判断有限元 模型仿真结果与试验 结果的相关性， 相关性差时， 通过修正材料本构及失效判 据， 完善有限 元模型进 而提高仿真精度， 最后得到经验证的机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模型； 步骤S3， 进行典型坠撞工况下的机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞响应及乘员伤害分析： 基于 经验证的机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模 型进行典型工况下的坠撞仿真， 分析民机 机身框段坠撞响应和乘员伤害程度， 根据乘员伤害评估判据， 分别对乘员头部、 颈部伤害、 乘员腰椎伤害、 乘员股骨伤害评估， 评估综合乘员伤害； 步骤S4， 进行不同坠撞工况下的民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估： 基于经验证的机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模型， 考虑不同坠撞工况和不同货物装 载情况等， 进行多种坠撞工况下 的坠撞仿真， 分析评估机身段坠撞响应程度和乘员 在坠撞 冲击下的伤害程度， 根据伤害评估判据， 分别对乘员头部、 颈部、 腰椎、 股骨等进行伤害评 估。 2.根据权利要求1所述的民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法， 其 特征在于： 所述机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模型主要包括三部分： 经验证的机身 框段模型、 经验证的座椅约束系统模型、 经标定的乘员假人模 型， 所述座椅约束系统模型包 括航空座椅模型和约束系统模型。 3.根据权利要求2所述的民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法， 其 特征在于： 所述机身框段模型主要使用SECTION_SHELL壳单元建立， 并采用Belytschko ‑ Tsay算法； 机身材 料采用精确的材 料本构及失效模型， 紧 固件采用8六面体簇的实体单 元。 4.根据权利要求2所述的民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法， 其 特征在于： 所述航空座椅模 型， 为典型客机三联座的旅客座椅， 其中座椅前后椅腿及支板主 传力路径上的部件、 椅背靠垫及座椅垫组件使用SECTION_SOLID实体单元建模， 椅管、 椅背 及椅盆薄壁结构则通过SECTION_SHELL壳单元模拟， 其中座椅的主承力结构件为3种应变率 不敏感的铝合金材料， 采用型号为MAT  024‑PIECEWISE  LINEAR PLASTICITY的弹塑性材料 卡片， 座椅垫由聚氨酯和聚乙烯两部分组成， 采用型号为MAT057 ‑LOW DENSITYFOAM低密度 泡沫材料卡片。 5.根据权利要求2所述的民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法， 其 特征在于： 所述约束系统模型， 为两点式安全带及其锚点， 安全带采用一维SECTION_ SEATBELT 安全带单元与二维SECTION_SHELL壳单元混合建模的方法， 并使用CNRB连接， 安全权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115358124 A 2带材料为尼龙， 有限元模型中的1D单元使用MAT_B01 ‑SEATBELT安全带材料卡片， 用于模拟 安全带与锚点的固定， 2D单元使用MAT_034 ‑FABRIC织物材料卡片， 用于模拟安全带与乘员 假人间的相互作用。 6.根据权利要求2所述的民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法， 其 特征在于： 所述乘员假人模 型， 为HybridⅢ型50th百分位男性的精细仿真假人， 假人体内安 装的各类传感器可输出股骨、 胫骨 及腰椎压缩载荷、 头 部加速度数据， 具有良好的仿生 性。 7.根据权利要求1所述的民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法， 其 特征在于： 所述机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模型， 设置各部件之间的接触定义， 主 要包括： 机身框与刚性冲击平面的接触、 机身框的自接触、 座椅系统与假人的接触、 约束系 统与假人的接触， 座椅系统内部其 他各部件之间的接触。 8.根据权利要求1所述的民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法， 其 特征在于： 所述机身框段 ‑座椅‑乘员坠撞分析有限元模型， 通过进 行坠撞仿 真分析， 对比机 身结构变形模式、 乘员假人的运动姿态、 乘员假人头部及腰椎承受载荷进 行模型修正， 进 行 不同坠撞姿态、 不同坠撞速度、 不同坠撞环境、 不同货物装载等工况下的坠撞仿真， 实现对 机身结构坠撞响应和乘员伤害的全面分析及评估。 9.根据权利要求1所述的民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法， 其 特征在于： 所述乘员伤害风险定量评估指标包括： 乘员腰椎压缩载荷： FL≤ 6,672N； 乘员左右 股骨压缩载荷： F F≤10,008N； 乘员头部伤害判据： HIC ≤1,000； 乘员颈部伤害判据： N ij≤1； 此外， 本发明参照综合适坠性评估指数(ICI)的概念， 对于乘员伤害风险进行综合评 估， 其评估公式为： 其中， 座椅始终与座椅导轨保持连接， 则Attach＝1， 否则Attach＝0； 座椅变形不影响 乘员的应急撤离， 则Seat＝1， 否则Seat＝0； 安全 带保持约束于乘员骨盆处， 则Restraint＝ 1， 否则Rest raint＝0。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115358124 A 3