4. 假人模型选型与定位
在LS-DYNA乘员安全系统仿真中，假人模型是连接“车身结构响应”与“乘员伤害评价”的核心桥梁。选错假人、定位偏差或初始姿态不当，都会让后续的约束系统匹配、气囊标定和伤害指标判读失去意义。本节围绕三类主流假人——正面碰撞的Hybrid III与THOR、侧面碰撞的WorldSID——说明其结构特点、缩放方法、定位流程与初始姿态调整要点，并给出可复现的操作参数与判断依据。
一、三类假人的定位与适用边界
Hybrid III是法规与NCAP中应用最广的正面碰撞假人，其第50百分位男性模型（H3-50M）在LS-DYNA中通常以*MAT_ELASTIC、*MAT_SPRING及铰链单元组合实现，颈部、腰椎和膝关节的力-位移特性由内置曲线定义。它的优点是标定数据成熟、计算稳定、与法规限值直接对应；局限在于生物逼真度有限，对胸部和下肢的响应偏“刚”，在偏置碰撞和小重叠工况下容易低估损伤。
THOR（Test Device for Human Occupant Restraint）是新一代正面假人，其胸部采用多肋结构，每根肋骨可独立测量位移与加速度，面部和颈部增加了多轴载荷传感器。THOR在LS-DYNA中常以*MAT_LAW或用户自定义材料配合*ELEMENT_SHELL建模，能更真实地反映胸压、颈部轴向力和面部冲击。代价是模型规模大、接触设置复杂、对时间步长敏感，通常需要更小的*CONTROL_TIMESTEP值。
WorldSID是侧面碰撞专用假人，其第50百分位模型（WS-50M）具有可变形肋骨、腹部和骨盆结构，肩部与髋部可独立加载。WorldSID在LS-DYNA中多采用*MAT_SIMPLIFIED_RUBBER与*MAT_FU_CHANG_FOAM组合，配合*CONSTRAINED_INTERPOLATION处理肋骨与内部传感器的耦合。它适用于侧碰、柱碰和侧翻工况，但对座椅侧翼、门内饰板的接触定义要求较高。
二、缩放：从第50百分位到第5百分位女性
实际项目中经常需要将标准假人缩放到目标人群尺寸。缩放不是简单地把几何体按比例放大缩小，而是要保持生物力学响应的相似性。常用做法是：先确定目标身高与参考身高之比 k，再按几何相似、质量相似和刚度相似三条准则分别处理。
几何缩放直接对节点坐标乘以 k。质量缩放按 m ∝ k³ 调整各刚体质量，惯量按 I ∝ k⁵ 调整。关节刚度不能简单按 k 缩放，因为生物组织的刚度-尺寸关系更接近 k²，且不同关节的标定曲线需要重新拟合。以H3-50M缩放到H3-5F为例，k≈0.85，质量从78 kg降至约48 kg，颈部力矩曲线需要按 k² 缩放后重新校核。在LS-DYNA中，可通过*DEFINE_CURVE的横纵坐标分别乘以缩放因子实现，但必须检查缩放后曲线是否仍满足法规通道要求。
三、定位：H点、靠背角与骨盆角
假人定位的核心是让假人的H点与座椅R点对齐，同时保证靠背角、骨盆角和头部姿态符合目标工况的设定。在LS-DYNA中，通常先用*INITIAL_VELOCITY和*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION将假人调整到目标姿态，再通过*CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION进行动态松弛，使假人与座椅、安全带、气囊达到初始平衡。
具体操作上，先读取座椅R点坐标，将假人H点平移至该位置。然后绕H点旋转假人，使靠背角达到目标值。正面碰撞常用靠背角为25°±1°，骨盆角为20°~22°。侧面碰撞中，WorldSID的座椅侧倾角通常设为0°~5°，骨盆角为20°左右。头部前倾角一般控制在0°~5°，避免初始时刻头部与气囊或顶棚发生穿透。
动态松弛阶段建议设置*CONTROL_DYNAMIC_RELAXATION的DRTOL为0.001，DRTERM为0.01，让假人在重力与安全带预紧力作用下自然沉降。松弛结束后，检查假人各部位的速度和位移是否收敛到接近零，若仍有明显漂移，说明初始穿透或约束设置有问题。
四、初始姿态调整的实操要点
初始姿态调整的目标是让假人在碰撞发生前处于一个稳定、无预载、无穿透的状态。以下是一组可直接参考的检查项与示例参数：
| 检查项 | 目标值 / 示例 | 判断依据 |
|---|---|---|
| H点与R点偏差 | ≤ 5 mm | 偏差过大导致安全带路径错误 |
| 靠背角 | 25°±1°（正面） | 影响胸部压缩量和头部轨迹 |
| 骨盆角 | 20°~22° | 影响腰椎载荷与安全带贴合 |
| 头部前倾角 | 0°~5° | 避免与气囊初始穿透 |
| 膝部间距 | 150~200 mm | 影响下肢与仪表板接触 |
| 手部位置 | 方向盘10-2点 | 影响手臂与气囊交互 |
| 初始穿透 | 0 | 穿透导致非物理接触力 |
| 松弛后速度 | ≤ 0.01 m/s | 未收敛说明约束不平衡 |
在LS-DYNA中，可通过*DATABASE_ASCII输出假人各刚体的位移和速度，用*DATABASE_BINARY_D3PLOT观察姿态变化。若发现假人在松弛阶段持续下沉，应检查座椅泡沫的*MAT_FU_CHANG_FOAM参数是否过软，或安全带预紧力是否过大。若头部与气囊发生初始穿透，可微调假人Z向位置或气囊的初始折叠状态。
*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE检查肋骨与座椅靠背、安全带的接触对，确保没有初始穿透。THOR的胸部传感器对初始接触非常敏感，微小的穿透就可能造成胸压曲线异常。五、选型决策与常见误区
选型时先看工况：正面全宽和40%偏置优先用Hybrid III，因为法规限值和历史数据最完整；小重叠和需要精细胸部响应的工况用THOR；侧面碰撞和柱碰用WorldSID。若项目需要同时满足法规和开发目标，可在同一工况下并行运行两套假人，用Hybrid III做法规判定，用THOR做开发优化。
常见误区包括：把Hybrid III的缩放模型直接用于侧面碰撞评价，忽略其肋骨结构无法反映侧向变形；THOR定位时沿用Hybrid III的靠背角，导致胸部传感器预载；WorldSID的骨盆角设置过小，使腹部与门内饰板接触异常。这些问题的根源都是没有根据假人的结构特点调整定位和姿态参数。
最后，假人模型选型与定位不是一次性的设置，而应随着约束系统方案的变化反复校核。每次更换气囊、安全带或座椅参数后，都应重新检查假人的初始姿态和接触状态，确保仿真起点的一致性和可重复性。