车辆碰撞隔离护栏已成为了城市道路交通事故的主要表现形式之一。其造成损伤形式主要有二:其一“长杆侵彻损伤”,该护栏是由多个薄壁长杆连接而成,在碰撞事故中极易形成薄壁长杆而刺穿车体且贯穿乘员胸部;其二“气囊损伤”,气囊在非正常状态下冲击胸部。故对碰撞城市道路隔离护栏的薄壁长杆形成机理、乘员损伤和该护栏的优化改进的研究具有非常重要的实际意义。首先,针对车辆与城市道路隔离护栏碰撞事故后薄壁长杆形成的问题。应用CATIA和HYPERMESH建立整车-护栏的碰撞仿真计算模型,并用有限元通用显式程序LS-DYNA进行数值仿真分析;重现和分析护栏薄壁长杆的变形过程和形成机理;选取护栏交通事故监控和典型的事故案例与仿真结果进行对比分析;最后采用控制变量法对长杆是否形成的影响因素进行研究。通过仿真发现薄壁长杆是由自身结构变形和内部连接失效而形成;且其形成与碰撞角度、碰撞速度和护栏高度因素有关。其次,针对薄壁长杆形成后刺穿乘员胸部问题。利用医学软件(MIMICS)和工程软件(HYPERMESH)建立了以中国人体为特征的胸骨穿透有限元模型,研究和再现薄壁长杆穿透驾驶员胸部的损伤机理和贯穿过程。生物力学胸部模型的验证主要参照事故和医学诊断案例以及尸体冲击实验。通过实验和仿真结果的对比,评价了该模型的有效性。此外,基于人体胸部生物力学模型,利用LS-DYNA软件对薄壁长杆的穿透过程进行了仿真。通过“侵彻效应”来分析护栏薄壁长杆贯穿人体胸部的损伤机理。结果表明仿真位移和时间曲线与尸体实验趋势一致,峰值差小于5%。证实了该模型的有效性;护栏薄壁长杆贯穿人体胸部的损伤程度和长杆速度、质量和稳定性有关。再次,对于汽车碰撞护栏事故中安全气囊冲击胸部的损伤问题。将医学和工程多个软件相结合,建立成人男性“胸部-气囊”的有限元系统模型。采用LSDYNA对其进行数值计算。根据胸部仿真结果的位移(D)、压缩率(C)和黏性准则(VC),对气囊撞击胸部的损伤机理进行了研究和简明损伤准则(Abbreviated Injury Scale,ASI)分析。通过仿真分析发现胸部在某一位置的冲击载荷作用下,D=50 mm、Cmax=0.38、AIS=3.47≥3、(VC)max=1.2 m/s;胸部可能会发生4根以上肋骨骨折、伴随血胸或气胸的2～3根肋骨骨折、伴随肺挫伤的连枷胸等严重现象最后,选取50、60、80km/h不同碰撞速度和5°、10°、20°、30°不同碰撞角度组合,在每个组合的基础上对护栏参数采取正交实验法L9(34)开展了108组碰撞仿真试验,获取车辆质心加速度、车辆行驶轨迹、薄壁长杆形成情况,对车辆撞击城市道路隔离护栏的碰撞安全性能进行评价。并通过正交实验法得出最优参数组合为d2b2h3ρ3,影响因素顺序立柱口径(d)为最大,护栏材料(ρ)次之,护栏高度(h)第三,立柱间距(b)最小。结合薄壁长杆形成机理和影响因素提出一种新型城市道路隔离护栏。从根本上解决目前隔离护栏存在的安全问题。研究成果为国家制定城市道路护栏法律法规、优化改进、贯穿伤和冲击伤医学治疗和研究提供重要的参考。