Page 24 - 《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

下，x 方向和 z 方向力对颈部受力变化更敏感。 400
因此，在分析环境气压对颈部力的影响程度时，
应重点关注 x 方向与 z 方向 2 个分量。 300
总体来看，以 101 kPa 为基准工况，当环境
气压降至 70 和 54 kPa 时，x 方向和 z 方向的峰值 Force/N 200
均呈现整体下降趋势，表明低气压环境会削弱冲 x direction
y direction
击波作用下头颈系统的载荷输入与传递水平。 100 z direction
该变化趋势与头部质心加速度峰值的下降一致，
0
提 示 二 者 可 能 受 共 同 的 载 荷 形 成 与 传 递 机 制 50 60 70 80 90 100
控制。 Atmospheric pressure/kPa
图 11 展示了不同气压环境下模型颈部三向 图 10 60 kPa 冲击波工况下，不同环境气压条件下颈部力峰值
扭矩时程曲线。由图可知，当模型正面朝向冲击 Fig. 10 Peak neck forces under different atmospheric pressure
波来波方向时，在不同环境气压条件下，同一方 conditions in 60 kPa shock wave case
向颈部扭矩随时间变化具有较好的一致性，说明环境气压改变对高仿真物理假人脖颈部扭矩的响应影
响有限。

2 16 1.0

101 kPa 101 kPa 101 kPa
90 kPa 90 kPa 90 kPa
1 70 kPa 8 70 kPa 0.5 70 kPa
54 kPa
Torque/(N·m) −1 0 Torque/(N·m) −8 0 Torque/(N·m) −0.5 0
54 kPa
54 kPa

−2 −16 −1.0
0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300
Time/ms Time/ms Time/ms
(a) x direction (b) y direction (c) z direction
图 11 60 kPa 冲击波工况下，不同环境气压条件下颈部扭矩时程曲线
Fig. 11 Neck torque time-history curves under different atmospheric pressure conditions in 60 kPa shock wave case

图 12 展示了不同气压环境下颈部扭矩峰值 16
统计结果。由图可知，在 3 个方向上，颈部扭矩
峰值与头部质心角速度峰值均呈现出 y 方向响 12
应 占 主 导 [ 6 ] 。 当 环 境 气 压 由 1 0 1 k P a 降 至
54 kPa 时，y 方向扭矩峰值由 (11.3±1.2) N∙m 增 Torque/(N·m) 8 x direction
至 (13.3±0.4) N∙m，而 x 方向扭矩峰值为 1.2～ y direction
z direction
1.4 N∙m，z 方向扭矩峰值为 0.3～0.5 N∙m；对应 4
地，y 方向扭矩峰值约为 x 方向的 9 倍，为 z 方向
的 27～40 倍，进一步说明 y 方向扭矩对环境变 0
50 60 70 80 90 100
化更敏感。因此，在分析环境气压对颈部扭矩峰 Atmospheric pressure/kPa
值的影响时，应重点关注 y 方向扭矩。
图 12 60 kPa 冲击波工况下，不同环境气压条件下
随着环境气压的降低，y 方向扭矩峰值呈上 颈部扭矩峰值
升趋势：相较于 101 kPa 基准工况，y 方向扭矩峰 Fig. 12 Peak neck torques under different atmospheric pressure
值在 90、70 和 54 kPa 的气压环境下分别增大约 conditions in 60 kPa shock wave case
5.3%、7.1% 和 17.7%；该结果与 y 方向角速度峰值的变化趋势一致。

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