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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系。之前Lissner以及韋恩州立大學的頭部損傷研究是基于頭部單質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)了斯特拉斯堡大學有限元頭模型（SUFEHM）。頭骨內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，其總質量為4.7 kg，目前已經(jīng)轉換成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，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作出響應。
 
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果一致性很好，各壓力的時間歷程試驗和模型仿真結果也有很好的一致性。模型中的5個顱內壓力與實驗結果非常吻合，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，該試驗結果被用來驗證頭部有限元模型預測顱骨骨折的有效性。試驗設置是：用直徑96mm的剛性球，質量為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)響應進行比較，模型的動力響應與試驗結果吻合較好，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模型的計算結果使用相關系數(shù)Nagelkerke R2來表示，以表達其損傷預測能力。基于SPSS方法，DAI與腦內等效應力有很好的相關性，最大主應變和等效應力也具有可接受的相關性。達到最大R2值時，中度和重度神經(jīng)損傷的最大等效應力分別為0.6和0.39。對于中度和重度神經(jīng)損傷，等效應力閾值分別為28和53 kPa。
 
對于SDH損傷，考慮了CSF（腦脊液）最小壓力和CSF應變能兩個力學參數(shù)。通過SUFEHM模型表面，與SDH的最佳相關性是CSF內的最大應變能，R2值為0.465，閾值約為4950mJ。下表為SUFEHM計算模型損傷預測值與損傷數(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應用
SUFEHM模型作為新的頭部損傷預測工具，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測工具的使用：記錄撞擊下人頭模型的線性和旋轉三維加速度，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，從這里學碰撞安全、乘員保護、約束系統(tǒng)、試驗分析 

 
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