项目介绍
为探讨性别差异对飞船返回着陆冲击下乘员动态响应的影响，根据飞船着陆实际工况，采用50th Hybird III男性假人和5th Hybird III女性假人在 Altair HyperWorks 中建立男性、女性假人椅系统有限元模型，通过着陆冲击试验数据对模型标定，仿真分析在较高G值(峰值26g)冲击下人体重要部位的加速度响应性别差异性。
结果表明，胸背向假人肩部、胸部和骨盆加速度峰值女性比男性高出31%以上，而在头部男性比女性高29%；头盆向假人头部和肩部加速度峰值女性比男性高出80%以上，骨盆加速度峰值女性比男性高37%，在胸部女性比男性高10%。通过本次研究发现，在相同的冲击载荷下，女性头颈部、骨盆加速度响应超过男性，更易受到损伤，应加强对其头颈部和骨盆的防护。
挑战
随着越来越多的女性航天员进入太空，研究性别差异是如何影响航天员的生物力学动态响应显得非常必要。韩国的女宇航员李素妍在非正常着陆工况下，相比俄罗斯两位男性航天员，受到了更大的冲击损伤。这表明男性和女性在同样的模拟着陆条件下，加速度响应可能存在差异。国内外模拟在着陆冲击工况下的研究已有很多，然而大多数的冲击防护研究使用的都是男性志愿者，关于性别差异的研究很少。同时由于样本量小、冲击的加速度等级低，头部和胸部加速度响应是否存在性别差异还不清楚，大量的人体试验和高G值的冲击试验都很难在实际中进行。
人椅系统模型
解决方案
首先，使用 Altair HyperMesh 对座椅和坐垫的三维几何结构模型进行网格划分，其中座椅采用壳单元，坐垫的环氧树脂层采用壳单元，坐垫的泡沫层使用六面体的体单元。座椅的材料使用的是AL合金材料本构，弹性模量为90GPa，屈服强度为0.65GPa；坐垫泡沫材料的初始弹性模量为0.0425MPa和初始密度为0.07782g/cm3，环氧树脂层材料的弹性模量8GPa和密度1.275g/cm3。
座椅和坐
垫的环氧树脂层材料本构均采用的是Johnson-cook材料本构模型，即弹塑性材料本构模型；坐垫聚氨酯泡沫层采用的材料本构是 Altair Radioss 显式瞬态求解器里适用于体单元的泡沫材料模型的/MAT/LAW70。
然后，使用 Altair HyperCrash 进行人椅系统的碰撞建模，以及创建束缚带。假人有限元模型使用 50th Hybird III 男性假人和 5th Hybird III 女性假人。通过软件中的 Pre-Simulation姿态调节功能，进行了假人姿态的调整，使其呈卧姿置于座椅内。假
人和座椅间，采用非线性罚函数法接触类型(/INTER/TYPE7)，摩擦系数根据工程经验设置为0.2。对模型中座椅约束的建立是基于试验中的约束，根据自由落体设定座椅只有沿Z向的平动。
为了验证建立的人椅系统模型的正确性和可靠性，通过使用在冲击塔上做的假人模拟着陆冲击试验数据，以试验边界条件和载荷作为模型输入进行仿真计算，然后比对仿真计算结果和试验结果，对建立的人椅系统模型标定。
使用两组不同高度的冲击试验数据进行标定，在标定过程中根据计算结果和实验结果的对比，通过对工况的分析，精确了加速度作用时刻系统的初速度，根据实际约束对座椅约束进行了修正；通过对坐垫的聚氨酯泡沫材料和环氧树脂层材料的实验对初始弹性模量和初始密度进行了调整，以及重新修正了坐垫聚氨酯泡沫材料的加载曲线，最终得到和试验数据吻合的仿真计算结果。最后，通过对上述标定后的模型进行了二次标定和验证，仿真计算得到胸部X向、头部Z向和椅摆中心三个点的冲击加速度响应，然后与试验数据进行比对。
结论
对人椅系统模型的标定结果可以看出在头部Z向、胸部的X向和椅摆中心和的仿真结果和试验结果的加速度峰值都很好的吻合。男性女性相同G值下的差异分析，以峰值为26g、脉宽为45ms的冲击加速度为输入，系统初始速度为5.9m/s，通过 Altair Radioss 求解器进行仿真计算。对男性和女性假人头部、肩部、胸部和骨盆部位的加速度响应进行对比。得出以下结果：
1)在胸背向，假人肩部、胸部和骨盆加速度峰值女性比男性高出31%以上，
而在头部男性比女性高29%。
2)在头盆向，头部和肩部加速度峰值女性比男性高出80%以上，骨盆加速度峰
值女性比男性高37%，在胸部女性比男性高10%。
