Numerical modelling of bus-to-pedestrian impact finalized to the study of materials and structures for injuries reduction

The aim of this thesis work is the kinematic and dynamic analysis of a pedestrian during an impact with a bus. The vehicle employed is a self-driving mini-bus, central component of a bigger project envisaging its future circulation along urban roads, pedestrian zones and cycling paths. To assess the severity of injuries resulting from the collision, key injury criteria were employed for various regions of the human body. Given the geometry of the impacting vehicle, particular emphasis was placed on the in-depth analysis of the head, neck, and torso. This work is structured into two parts. The first part involves a comparative analysis between laminated glass and polycarbonate windshields to assess if the latter is a viable alternative. Special attention was devoted to material modelling and validation, using a finite element approach. In the second part, once the material models were obtained, multiple impact simulations were carried out using a multibody software to investigate the pedestrian kinematic in two different walking positions. Then, various structural solutions aimed at enhancing pedestrian safety during an impact were proposed and subsequently evaluated by comparing the injury criteria results across the different body regions.

L’obiettivo principale di questa tesi è lo studio della cinematica e della dinamica del pedone durante un impatto con un pullman. Il veicolo utilizzato è un mini-bus a guida autonoma, parte centrale di un progetto che, in futuro, lo vedrà circolare lungo le strade, i tratti pedonali e ciclabili delle città. Per valutare la gravità delle lesioni provocate dalla collisione, alcuni tra i principali criteri di lesione sono stati utilizzati per diversi distretti del corpo umano. Data la geometria del veicolo impattante, testa, collo e torso sono stati analizzati in maniera più approfondita. Questo lavoro si divide in due parti. Nella prima parte è stato condotto un confront tra parabrezza in vetro laminato e policarbonato per verificare se quest’ultimo fosse utilizzabile come alternativa. Particolare attenzione è stata prestata alla modellazione e validazione dei materiali, utilizzando un approccio agli elementi finiti. Nella seconda parte, una volta ottenuti i modelli di materiale, sono state svolte diverse simulazioni dell’impatto completo utilizzando un software multicorpo per studiare la cinematica del pedone in due posizioni differenti. Quindi, diverse soluzioni strutturali atte a migliorare la sicurezza durante un impatto sono state proposte e, successivamente, verificate comparando i risultati dei criteri di lesione per i diversi distretti corporei.