随着汽车行业的快速发展,在给人们出行带来便利的同时,由其引发的交通事故也在危害着人们的生命财产安全。如何提高汽车的碰撞安全性能,最大限度避免或降低乘员伤亡已成为汽车碰撞安全研究领域中的重要课题。以美国、欧洲为首的国家相继制定了一系列汽车安全法规体系,并采用汽车碰撞试验开展汽车碰撞安全性能评价。汽车碰撞安全主要包含主动安全与被动安全两大类,碰撞假人作为汽车被动安全研究中代替真人进行汽车碰撞试验的拟人化试验装置发挥着至关重要的作用。在计算机技术快速发展的背景下,有限元假人应运而生,解决了实体假人周期长、成本高的缺点。在汽车碰撞过程中,驾乘人员颈部损伤比较常见,且因交通导致的长期后遗症中,颈部损伤占据了近一半比例,漫长的恢复周期给个人及社会带来巨大压力。本文选题源自于作者所在课题组与国内某汽车研究机构合作开发项目,并结合天津市智能制造科技重大专项《智能化汽车被动安全检测特殊机器人关键技术研发》(No.16ZXZNGX00100),致力于设计一种汽车碰撞有限元假人颈部模型应用于汽车正碰试验颈部伤害情况分析,以此评估汽车在碰撞过程中对人体颈部的保护效果。本文主要研究内容包含:分析国内外汽车碰撞假人及假人颈部设计相关研究现状,探讨假人颈部模型求解精度及求解时间在实际工程分析中的重要性。为进一步合理设计“拟人化”假人颈部模型,对人体颈部损伤理论进行了研究。从人体颈部解剖学结构入手,并参考Hybrid III碰撞假人颈部建模方法,引入力学中的等效建模思想,建立汽车碰撞有限元假人颈部模型,并在寰枢关节之间建立传感器,以评估颈部寰椎与枢椎结构损伤。为了验证建立的颈部模型的准确性及有效性,研究了假人颈部标定试验法规,对颈部有限元模型开展弯曲和拉伸仿真标定试验,并分析其标定试验仿真动画,验证了颈部结构的可靠性及有效性。采用材料参数灵敏度分析方法,选取颈部结构灵敏材料参数,运用正交试验,建立起基于响应面的多目标优化设计代理模型,引入加权系数对代理模型进行组合,将求解多目标优化问题转化为求解单目标优化问题,并应用遗传算法进行求解,获取了颈部结构最优材料参数组合,进一步提升了颈部模型准确性。对优化后的颈部模型展开假人整车约束对标验证及分析,通过建立整车分析模型、调整假人坐姿、设置接触等,以整车碰撞试验数据为基准,采用C-NCAP评分项分析颈部模型在整车约束环境下动力学响应。结果表明:本文建立的汽车正碰有限元假人颈部模型可满足实际工程分析要求,可为汽车碰撞试验中拟人测试设备的整体开发及改进工作提供参考。