[科普中国]-碰撞生物力学

碰撞损伤分为开放性损伤和闭合性损伤两种。开放性损伤是力或冲击能量集中地作用在人体上, 使其局部的载荷应力超出了破坏值所导致的损伤。闭合性损伤通常是由一些钝的物体通过一个较大的接触面与人体发生作用或者是惯性力作用的结果。碰撞生物力学主要研究人体各部位在各种形式碰撞中的伤害机理、对碰撞载荷的机械响应特性及伤害极限等。碰撞生物力学的研究领域只要针对于汽车碰撞带来的人体损伤而言的，如图1。汽车的行驶安全性包括主动安全性和被动安全性。主动安全性是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能；而被动安全性则是指交通事故发生后，汽车本身减轻人员伤害和货物损失的能力。汽车被动安全性主要包括车身结构抗撞性、碰撞生物力学、乘员约束系统三方面。人体组织在碰撞过程中所包含的有关力学称为碰撞生物力学，它是汽车被动安全技术开展及人体防护研究的重要基础，主要目的是了解伤害机理，定量描述人体生物力学响应。

研究方法具体而言，碰撞生物力学的研究方法主要分为三种：生物模型研究方法、机械模型研究方法和数字模型研究方法。

1）生物模型研究方法生物模型方法主要是指用生物体来研究人体损伤机理，既可用人体试验也可用动物试验来实现。起初，科学家用活体动物作为受试，但由于它们与人体相差很大，所获得的数据与现实相差甚远。同时，人体死尸的试验也存在伦理的问题。另一方面，志愿者实验是通过低速或危险性不大的情况下进行并得到更为真实的实验数据。但这种实验需要志愿者的知情通知书，同时需要伦理委员会出具批准。

2）机械模型研究方法机械模型也就是碰撞试验用假人模型，用以评价汽车安全装置的性能及整车的安全性。国内的航空医学研究所的动态仿真假人根据现役飞行员的人体数据资料，包括身高、体重等人体参数为基础进行研制和开发的。它能够很好的评价驾驶员在冲击环境中的安全性。

3）数字模型研究方法数学模型方法主要是指应用计算机建模来进行仿真，模拟碰撞事故发生时人体的运动状态、以及与可能接触的车体结构和约束系统的关系。目前，根据建模方法和功能的不同，主要分为多体系统动力学法和有限元法。数学模型方法的最大优点在于实验费用低、周期短、限制条件少、可重复进行试验。但由于计算机仿真不可能完全反映真实的碰撞情形，因此其结果往往还是需要通过试验来进行验证。

扩展阅读和参考文献：[1] 徐维，贺松岩. 浅谈汽车碰撞生物力学. 中国高新技术企业. 2012, 25: 96-98.

[2] 刘子建,张建华,杨济匡. 碰撞生物力学基础及其应用. 中华创伤杂志, 2001, 17(5):261-263.

[3]许伟，杨济匡．行人与汽车碰撞中颅骨骨折损伤机理的虚拟实验研究．汽车工程，2008，30(4): 291-296．

[4] 刘地，李幼德，赵航，等. 行人头部伤害与头部碰撞试验方法的相关性分析. 公路交通科技, 2004, 1: 98-105．

[5] 乐中耀．基于碰撞生物力学的假人标定系统研究．湖南大学，2005．

[6] 何文, 钟志华. 汽车被动安全研究概述．湖南大学学报，2000, 27(2)：15．

[7] 舒利益，赵书馨. 自主创新揭开假人神秘面纱——记空军航空医学研究所高级工程师柳松杨. 中国科技成果，2010, 22: 70-71.

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刘笑宇 - 讲师 - 北京航空航天大学生物与医学工程学院樊瑜波 - 教授 - 北京航空航天大学生物与医学工程学院王丽珍 - 讲师 - 北京航空航天大学生物与医学工程学院