Page 23 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 王俊龙，等： 不同气压环境下冲击波对人体头颈致伤力学指标的影响规律 第 11 期

y 方向。因此，正面冲击波作用下，y 方向角速度峰值对环境气压变化更敏感，宜作为分析环境气压对角
速度峰值影响的主要评价指标。相较于 101 kPa 基准工况，y 方向角速度峰值在 90、70 和 54 kPa 的气压
环境下分别增大约 9.3%、12.5% 和 24.9%。

150 101 kPa 450 101 kPa 160

Angular velosity/((°)·s －1 ) −75 0 54 kPa Angular velosity/((°)·s －1 ) 150 0 54 kPa Angular velosity/((°)·s －1 ) −80 0 101 kPa
90 kPa
90 kPa
300
80
70 kPa
75
70 kPa
90 kPa
54 kPa
−300
−150 −150 −160 70 kPa
−240
0 100 200 300 400 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400
Time/ms Time/ms Time/ms
(a) x direction (b) y direction (c) z direction
图 7 60 kPa 冲击波工况下，不同环境气压条件下头部质心角速度时程曲线
Fig. 7 Angular velocity time-history curves of the center of mass of the head under different atmospheric pressure conditions
in 60 kPa shock wave case

2.2.3 颈部力和扭矩随时间的变化
400
图 9 展示了不同气压环境下模型颈部三向
力时程曲线。由图可知，当模型正面朝向冲击波 300
来波方向时，在不同环境气压条件下，同一方向 x direction
y direction
颈部力随时间的变化具有较好的一致性，说明环 Angular velosity/((°)·s －1 ) 200 z direction
境气压变化对颈部力响应的影响相对有限。
图 10 展示了不同气压环境下颈部力峰值的 100
统计结果，由图可知，z 方向力峰值最大，x 方向
次之，y 方向最小 。该特征表明，在正面冲击波 0
[6]
50 60 70 80 90 100
作用下，z 方向和 x 方向的颈部力峰值受冲击波 Atmospheric pressure/kPa
来波方向影响较大，而 y 方向颈部力峰值受影响
图 8 60 kPa 冲击波工况下，不同环境气压下
较 小 。 当 环 境 气 压 由 101 kPa 降 至 54 kPa 时 ， 头部质心角速度峰值
x 方向力峰值由 (280.3±22.8) N 降至 (228.3±3.1) N， Fig. 8 Peak angular velocities of the center of mass
下降约 18.6%，z 方向力峰值由 (296.7±20.1) N 降 of the head under different atmospheric pressure
conditions in 60 kPa shock wave case
至 (253.0±2.0) N，下降约 14.7%，而 y 方向力峰值
维持在 24～28 N；对应地，x 方向和 z 方向力峰值为 y 方向的 8～13 倍，进一步说明，在正面冲击波作用

400 80 450

300
200 40
150
Force/N 0 Force/N 0 Force/N 0

90 kPa
90 kPa
90 kPa
−200 101 kPa −40 101 kPa −150 101 kPa
70 kPa 70 kPa −300 70 kPa
54 kPa 54 kPa 54 kPa
−400 −80 −450
9 10 11 12 13 14 15 16 9 10 11 12 13 14 15 16 9 10 11 12 13 14 15 16
Time/ms Time/ms Time/ms
(a) x direction (b) y direction (c) z direction
图 9 60 kPa 冲击波工况下，不同环境气压条件下颈部力时程曲线
Fig. 9 Neck force time-history curves under different atmospheric pressure conditions in 60 kPa shock wave case

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