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THOR假人SUFEHM準則是什么？

2019-05-22 22:35:10·  來源：車輛碰撞安全  
　
在2020年將引入新的前碰假人：THOR。而THOR假人引入了新的評價標準：SUFEHM評價指標。該評價標準是什么呢？下面來簡單介紹一下。在進行四十多年的頭部生物力學(xué)的
 
在2020年將引入新的前碰假人：THOR。而THOR假人引入了新的評價標準：SUFEHM評價指標。該評價標準是什么呢？下面來簡單介紹一下。
在進行四十多年的頭部生物力學(xué)的研究中，專家們對頭部損傷機制越來越傾斜于：頭部功能的缺陷與組織的損傷不一定有直接的關(guān)系。之前Lissner以及韋恩州立大學(xué)的頭部損傷研究是基于頭部單質(zhì)量頭部模型的整體合成加速度，該準則有一些局限性，沒有特定的沖擊方向，且未考慮角加速度對頭部的損傷。

SUFEHM模型
 
Kang等人于1997年開發(fā)了斯特拉斯堡大學(xué)有限元頭模型（SUFEHM）。頭骨內(nèi)外表面的幾何特征來自成年男性頭骨。模型還對頭部解剖特征頭骨、鐮、幕、蛛網(wǎng)膜下腔、頭皮、小腦、大腦和腦干。通過該頭部模型SUFEHM來預(yù)測頭部損傷，并用于頭部保護系統(tǒng)的優(yōu)化。
SUFEHM有限元網(wǎng)格模型13208個單元組成，其總質(zhì)量為4.7 kg，目前已經(jīng)轉(zhuǎn)換成LS-DYNA格式。
模型驗證
 
1、大腦行為驗證
Nahum等人在1977年公布了用于驗證大腦行為的實驗數(shù)據(jù)，該試驗設(shè)置是：用重5.6kg的剛性圓柱撞擊器，自由發(fā)射，初速度為6.3m/s，去撞擊坐著的尸體頭部正面。試驗產(chǎn)生了相互作用力和頭部加速度，其峰值分別為6900 N和1900 m/s2，持續(xù)時間為6ms。在試驗中，記錄了五個位置的顱內(nèi)壓：靠近撞擊區(qū)的額骨后面，頂骨、頂骨和鱗狀縫合線的正后方，枕骨下方，枕骨后窩。
 
使用SUFEHM模型來模擬Nahum試驗產(chǎn)生的響應(yīng)，由于模型不包括頸部，因此采用自由邊界條件來模擬沖擊。這種簡化是合理的，因為撞擊持續(xù)時間太短（6 ms），并且頸部無法在這么短脈沖時間內(nèi)作出響應(yīng)。
 
將SUFEHM解剖平面傾斜約45°，Nahum的試驗類似。撞擊區(qū)采用5.6 kg剛性圓柱體，撞擊器前面是彈性墊，其E=13.6 MPa，泊松比=0.16，初始速度為6.3 m/s。
通過該頭部模型的模擬，沖擊力與沖擊持續(xù)時間和幅值試驗與模型仿真結(jié)果一致性很好，各壓力的時間歷程試驗和模型仿真結(jié)果也有很好的一致性。模型中的5個顱內(nèi)壓力與實驗結(jié)果非常吻合，最大誤差小于10%。
SUFEHM模型模擬得出的腦壓和腦應(yīng)力云圖。
2、顱骨行為驗證
在1994年Yoganandan等人進行的頭部試驗測試，該試驗結(jié)果被用來驗證頭部有限元模型預(yù)測顱骨骨折的有效性。試驗設(shè)置是：用直徑96mm的剛性球，質(zhì)量為1.213kg，初始速度為7.1 m/s，撞擊顱骨，試驗時顱底固定。測量撞擊點的接觸力和顱骨的變形。
使用SUFEHM模型對Yoganandan試驗進行模擬。數(shù)值力-撓度曲線與實驗數(shù)據(jù)的平均動態(tài)響應(yīng)進行比較，模型的動力響應(yīng)與試驗結(jié)果吻合較好，包括斷裂力和剛度兩個方面。下圖給出了骨折前實驗與模擬變形力。
下圖是模擬中的損壞層。藍色表示至少有一層單元失效。模型表明，骨折位于撞擊點附近，符合病理觀察。
SUFEHM評估標準
為了利用SUFEHM模型來預(yù)測頭部損傷，首先要建立損傷準則。為了使用了SUFEHM模型對摩托車手、美式足球和行人事故中的59種頭部撞擊情況進行了重建，為了便于統(tǒng)計分析，根據(jù)每個事故案例的醫(yī)療報告詳情，將事故數(shù)據(jù)的傷害分為以下類型和級別：
 
·  彌漫性軸索損傷（DAI）：DAI病例包括所有發(fā)生神經(jīng)損傷的病例，包括腦震蕩、昏迷和昏迷。根據(jù)昏迷時間將DAI發(fā)生率分為輕度和重度（中度DAI<24h，重度DAI>24h）
·  硬膜下血腫（SDH）：這類損傷包括腦與顱骨之間血管損傷伴出血的所有發(fā)生率，共6例。
 
SUFEHM模型的計算結(jié)果使用相關(guān)系數(shù)Nagelkerke R2來表示，以表達其損傷預(yù)測能力?；赟PSS方法，DAI與腦內(nèi)等效應(yīng)力有很好的相關(guān)性，最大主應(yīng)變和等效應(yīng)力也具有可接受的相關(guān)性。達到最大R2值時，中度和重度神經(jīng)損傷的最大等效應(yīng)力分別為0.6和0.39。對于中度和重度神經(jīng)損傷，等效應(yīng)力閾值分別為28和53 kPa。
 
對于SDH損傷，考慮了CSF（腦脊液）最小壓力和CSF應(yīng)變能兩個力學(xué)參數(shù)。通過SUFEHM模型表面，與SDH的最佳相關(guān)性是CSF內(nèi)的最大應(yīng)變能，R2值為0.465，閾值約為4950mJ。下表為SUFEHM計算模型損傷預(yù)測值與損傷數(shù)據(jù)之間邏輯回歸Nagelkerke R2的值


 
經(jīng)回歸相關(guān)法分析后，表5和表6報告了各損傷類型（損傷風險為50%）的耐受極限和SUFEHM得出的損傷風險曲線。
下表為使用SUFEHM模型計算DAI損傷（輕度和重度）的耐受極限（損傷風險為50%）。
下表為利用SUFEHM頭部模型計算了SDH損傷容限（損傷風險為50%）。
SUFEHM應(yīng)用
SUFEHM模型作為新的頭部損傷預(yù)測工具，可以參與頭部保護系統(tǒng)的評估和優(yōu)化。下圖說明了頭部損傷預(yù)測工具的使用：記錄撞擊下人頭模型的線性和旋轉(zhuǎn)三維加速度，并將這些實驗數(shù)據(jù)作為頭部有限元模型的輸入，進而得出DAI、SDH和顱骨骨折的傷害風險。這種方法可以應(yīng)用于THOR假人頭部，HybridIII假人頭部，行人保護頭碰模型。


掃描以下二維碼，從這里學(xué)碰撞安全、乘員保護、約束系統(tǒng)、試驗分析 

 
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