مدلسازي و تحليل تنش سر انسان در برخورد از مقابل با يك جسم تغيير فرم پذير به روش المان محدود

MODELING and STRESS ANALYSIS OF HUMAN HEAD IN FRONTAL IMPACT WITH A DEFORMABLE BODY, USING FEM METHOD

آسيب‌هاي وارده به سر از صدمات شايع و خطرناكي است كه با توجه به وجود سيستم كنترل مركزي در سر همواره مورد توجه بوده است. پديده برخورد سر به يك مانع يكي از مسائل جدي در بيومكانيك ضربه بوده خصوصاً اگر مانع صلب باشد. در اين مطالعه سر با سرعت ثابت (m/s 5/6) به چند مانع از جمله موانع تغيير فرم پذير برخورد كرده و به كمك LS-DYNA و به روش مقايسه‌اي، تحليل ديناميكي انجام مي‌پذيرد. مواد به كار گرفته جهت مدلسازي مانع، آلومينيوم، آلولايت، آلپوراس،‌ پليمر ABS و فوم انبساط يافته پلي پروپيلن (EPP31) مي‌باشد. اين مواد در بدنه اتومبيل و تزئينات دروني آن به كار مي‌روند. همچنين مدل المان محدود سر با استفاده از داده‌هاي آناتوميكي بر اساس شاخص 50 درصدي مردان جامعه در نظر گرفته شده است. روش مقايسه‌اي بر حسب بيشترين تنش وارده به سر، حداكثر كرنش و شتاب كاهشي انجام گرفته تا اثر اين موانع بر سر مورد بررسي واقع شود. در تحليل نشان داده مي شود كه مقادير تنش، كرنش و شتاب كاهشي وارده به سر وابستگي مستقيم به دانسيته، تنش تسليم و الاستيسيته موانع دارد. به طوريكه هر چه مانع داراي تنش تسليم پايينتر ودانسيته كمتري باشد مقدار تنش و كرنش و شتاب كاهشي وارده به سر كمتر خواهد بود. فوم‌هاي آلولايت و EPP31 داراي خاصيت جذب انرژي خوبي بوده ضمن اينكه استحكام خوبي نيز دارند اما با توجه به محدوديت حداكثر تنش و شتاب كاهشي وارده بر سر، فوم آلپوراس با كمترين تنش تسليم، تنشي معادل MPa3/2 بر سر وارد كرده كه نشان دهنده قابليت بالاي آن در جذب انرژي جنبشي حاصل از برخورد مي‌باشد. با استفاده از اين فوم نيز مي توان شتاب كاهشي كمتر از g300 به سر وارد كرد كه در محدوه ايمن مي‌باشد.

Head injuries resulting from motor vehicle crashes are a leading cause of death. Injuries to head are directly related to impactor behavior, so deformable bodies can significantly reduce the severity of head injury during impact. Nowadays the soft materials named deformable materials are widely applied in industry for the sake of their energy absorbing potential, that’s why foaming materials such as polymeric and metal foams are extensively used in automobile industries to satisfy occupant protection and comfort.