一种飞行汽车海上迫降乘员损伤精细化评价方法和装置

本发明涉及生物力学损伤评价，尤其涉及一种飞行汽车海上迫降乘员损伤精细化评价方法和装置。

背景技术：

1、随着低空经济的不断发展，飞行汽车作为面向城市低空智能交通、三维立体智能交通和未来出行的新型交通工具，正日益受到汽车和航空领域的重视，成为汽车和航空技术产业跨界融合的重要发展趋势。

2、飞行汽车在跨海飞行的实际工作环境中，难免会遇到设备故障、外物冲击（如鸟撞）等突发情况而被迫进行海上迫降。在迫降过程中，飞行汽车与迫降海域的流场发生剧烈的流固耦合作用，导致飞行汽车受到海水的冲击载荷并将该载荷传递给车上乘员，可能造成严重的乘员损伤。

3、然而，当前飞行汽车领域的研究主要采用实验和数值模拟手段，并集中在外形设计、气动性能等方面，而对海上迫降、结构损伤、乘员损伤等方面的研究较少，难以实现飞行汽车海上迫降乘员损伤的精细化评价，无法为优化飞行汽车的结构设计和提高乘员的安全保护提供科学依据。

技术实现思路

1、本发明提供了一种飞行汽车海上迫降乘员损伤精细化评价方法和装置，解决了现有飞行汽车研究领域中存在的一个关键问题：当前飞行汽车领域的研究主要采用实验和数值模拟手段，并集中在外形设计、气动性能等方面，但关于飞行汽车在海上紧急迫降时的结构完整性、乘员安全等问题的研究却相对缺乏，这使得对乘员损伤进行精确评估变得困难，进而影响了结构设计的优化和乘员安全保护措施的提升。

2、本发明提供的一种飞行汽车海上迫降乘员损伤精细化评价方法，包括：

3、获取飞行车体模型、约束模型和简易乘员模型并进行装配，构建迫降车辆模型；

4、采用所述迫降车辆模型在预构建的迫降水域模型上执行迫降数值模拟，逐时步生成简易乘员损伤评价数据；

5、当任一所述时步的简易乘员损伤评价数据超出预设的乘员部位损伤范围时，在当前时步采用精细化部位模型更新所述迫降车辆模型内的简易乘员模型；

6、从所述当前时步起继续执行所述迫降数值模拟，直至所述迫降数值模拟结束，构建乘员损伤精细化评价结果。

7、可选地，所述获取飞行车体模型、约束模型和简易乘员模型并进行装配，构建迫降车辆模型，包括：

8、获取飞行汽车的简化模型和简易乘员模型；

9、采用壳单元对所述简化模型进行网格划分，生成飞行车体模型；

10、获取座椅模型和有限元安全带模型，并构建约束模型；

11、按照预设的接触条件和部件连接方式，采用所述约束模型将所述简易乘员模型约束至所述飞行车体模型内，得到迫降车辆模型。

12、可选地，所述方法还包括：

13、响应操作指令的触发，采用六面体网格创建初始海域模型；

14、对初始海域模型内的迫降位置所属六面体网格进行网格加密；

15、以所述迫降位置为中心，按照预设梯度线性降低所述六面体网格的分布密度，生成迫降水域模型。

16、可选地，所述采用所述迫降车辆模型在预构建的迫降水域模型上执行迫降数值模拟，逐时步生成简易乘员损伤评价数据，包括：

17、在预构建的迫降水域模型中导入所述迫降车辆模型，并响应输入的初始入水条件信息，设置所述迫降车辆模型的初始运动信息；

18、在所述迫降水域模型上模拟所述迫降车辆模型的迫降动作，调用显式有限元分析算法逐时步计算所述简易乘员模型对应的动力学数据；

19、根据每个所述时步的动力学数据，生成简易乘员损伤评价数据。

20、可选地，所述动力学数据包括头部合成加速度、颈部轴向力、颈部弯曲力矩、腰椎压缩载荷、胸部承压数据和股骨轴向载荷；所述根据每个所述时步的动力学数据，生成简易乘员损伤评价数据，包括：

21、根据各所述时步的头部合成加速度，计算头部损伤评价数据；

22、根据各所述时步的颈部轴向力和颈部弯曲力矩，计算颈部损伤评价数据；

23、采用所述头部损伤评价数据、所述颈部损伤评价数据、所述腰椎压缩载荷、所述胸部承压数据和所述股骨轴向载荷，构建简易乘员损伤评价数据。

24、可选地，所述头部损伤评价数据通过以下公式进行计算：

25、

26、其中，为头部损伤评价数据，为值达到最大值的起始时间，为hic值达到最大值的终止时间，（）为预设值，为时步t下的头部合成加速度。

27、可选地，所述当任一所述时步的简易乘员损伤评价数据超出预设的乘员部位损伤范围时，在当前时步采用精细化部位模型更新所述迫降车辆模型内的简易乘员模型，包括：

28、当任一所述时步的简易乘员损伤评价数据超出预设的乘员部位损伤范围时，定位所述简易乘员损伤评价数据所属目标部位模型并拆分；

29、获取所述目标部位模型的单元信息，并从预设的高生物仿真度假人模型中选取与所述目标部位模型匹配的精细化部位初始模型；

30、采用线性插值方法将所述单元信息传递至所述精细化部位初始模型，得到精细化部位模型；

31、在当前时步连接所述精细化部位模型和除所述目标部位模型外的简易乘员模型，以更新所述迫降车辆模型。

32、可选地，所述方法还包括：

33、当所述迫降车辆模型被自动更新，且继续执行所述迫降数值模拟时，按照所述精细化部位模型所属部位类型，逐时步获取对应的精细化评价数据；

34、按照所述时步匹配所述精细化评价数据和所述简易乘员损伤评价数据，生成新的乘员损伤精细化评价结果。

35、可选地，所述方法还包括：

36、若全部所述时步的简易乘员损伤评价数据均未超出预设的乘员部位损伤范围时，则采用全部所述简易乘员损伤评价数据按照所述时步生成乘员损伤精细化评价结果。

37、本发明还提供了一种飞行汽车海上迫降乘员损伤精细化评价装置，包括：

38、模型获取模块，用于获取飞行车体模型、约束模型和简易乘员模型并进行装配，构建迫降车辆模型；

39、迫降模拟模块，用于采用所述迫降车辆模型在预构建的迫降水域模型上执行迫降数值模拟，逐时步生成简易乘员损伤评价数据；

40、模型更新模块，用于当任一所述时步的简易乘员损伤评价数据超出预设的乘员部位损伤范围时，在当前时步采用精细化部位模型更新所述迫降车辆模型内的简易乘员模型；

41、第一评价结果生成模块，用于从所述当前时步起继续执行所述迫降数值模拟，直至所述迫降数值模拟结束，构建乘员损伤精细化评价结果。

42、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

43、获取飞行车体模型、约束模型和简易乘员模型并进行装配，构建迫降车辆模型；采用迫降车辆模型在预构建的迫降水域模型上执行迫降数值模拟，逐时步生成简易乘员损伤评价数据；当任一时步的简易乘员损伤评价数据超出预设的乘员部位损伤范围时，在当前时步采用精细化部位模型自动更新简易乘员模型并传递单元信息，以更新迫降车辆模型；从当前时步起继续执行迫降数值模拟，直至迫降数值模拟结束，构建乘员损伤精细化评价结果。从而通过混合乘员模型自动转换的方式降低在海上迫降模拟过程中的数据计算量，有效实现飞行汽车海上迫降乘员损伤的精细化评价，为优化飞行汽车的结构设计和提高乘员的安全保护提供科学依据。