• Save
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Helmet Report

on

  • 1,848 views

File báo cáo

File báo cáo

Statistics

Views

Total Views
1,848
Views on SlideShare
1,842
Embed Views
6

Actions

Likes
0
Downloads
0
Comments
0

2 Embeds 6

http://www.slideshare.net 5
http://translate.googleusercontent.com 1

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Helmet Report Helmet Report Presentation Transcript

  • NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA VA CHẠM LÊN NÓN BẢO HIỂM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN STUDY THE EFFECT OF IMPACT ON HELMET BY FINITE ELEMENTMETHOD Trần Thái Dương Cao Nhân Tiến Nguyễn Tường Long
    • 1. Giới thiệu
    • 2. Quy trình tính toán
    • 3. Cấu tạo chung
      • 3.1. Nón bảo hiểm
      • 3.2. Đầu người
      • 3.3. Các chỉ tiêu chấn thương đầu
    • 4. Mô hình phần tử hữu hạn
    • 5. Kết quả
    • 6. Kết luận và đề xuất
    • 7. Tài liệu tham khảo
    Mục lục
    • Năm 2006, theo thống kê của Cục Cảnh Sát Giao Thông đường bộ - đường sắt (Bộ Công An) , tại Việt Nam:
    • Đã xảy ra 14.668 vụ tai nạn giao thông đường bộ, đường sắt và đường thuỷ
    • Làm chết 12.719 người
    • Bị thương 11.273 người.
    • Trong đó, tai nạn giao thông đường bộ chiếm 14.161 vụ với 12.373 người chết , 11.097 người bị thươn g.
    • Trong các nguyên nhân gây chết người đó thì chấn thương sọ não là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong cho người tham gia giao thông, chiếm tỉ lệ từ 50% - 60% . Chấn thương sọ não nặng sẽ gây ra những thương tổn có tính lan tỏa: 45,7% tử vong ; 16,1% có những di chứng [1].
    1. [ Giới thiệu ] – Lời nói đầu
    • Khi sử dụng nón bảo hiểm, đầu và não của người sử dụng sẽ được bảo vệ từ 70% đến 88% khỏi các chấn thương nguy hiểm, trong khi đó phần trên hộp sọ và giữa mặt là 65% [2].
    • Tiêu chuẩn dùng để kiểm tra nón bảo hiểm về độ thoải mái, an toàn đã được phát triển từ lâu trên thế giới như: ECE 22 (United Nations, 2003b), Snell M95-M2000 (Snell Memorial Foundation, 2003), DOT (Federal Motor Vehicle Standard No 218, 1997), và BS6658 (BSI, 1999). Và tại Việt Nam, tiêu chuẩn TCVN 5756-2001 cũng đã được phát triển để phục vụ cho công tác kiểm tra chất lượng, độ an toàn của nón bảo hiểm.
    1. [ Giới thiệu ] – Các tiêu chuẩn nón bảo hiểm hiện có
    • Các nghiên cứu của Bowman năm 1982 [3], Huston và Sears năm 1981 [4] đã tìm ra một số điều kiện va chạm và chứng minh được rằng các chấn thương đầu và phản hồi đến cổ sẽ được giảm mạnh khi có sử dụng nón bảo hiểm.
    • Yettram (1994) [5] đã sử dụng chương trình LS-DYNA để mô phỏng các điều kiện va chạm trong quá trình rơi tự do và nghiên cứu độ cứng của vỏ, cũng như khối lượng riêng của đệm hấp thụ xung động ảnh hưởng đến thuộc tính của nón. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, độ cứng của vỏ thấp và mật độ của đệm thấp sẽ giúp giới hạn khoảng trống giữa nón bảo hiểm và từ đó tăng khả năng biến dạng lên tối đa.
    • Praveen và Punnet [6] cũng đã nghiên cứu va chạm trực diện với mô hình nón bảo hiểm và đầu người.
    1. [ Giới thiệu ] – Các nghiên cứu trước đây
    • Bài báo đi sâu vào nghiên cứu tác dụng của nón bảo hiểm che nửa đầu trong quá trình va chạm bằng chương trình LS-DYNA , sau đó sẽ tiến hành so sánh kết quả gia tốc dội lại của trọng tâm đầu người với tiêu chuẩn TCVN 5756-2001 để xem nón bảo hiểm này có đảm bảo độ an toàn cho người sử dụng hay không.
    • Kết quả tính toán sau này sẽ được dùng để so sánh với thực nghiệm và tiến hành thực hiện chương trình tính toán độ an toàn của nón bảo hiểm chỉ bằng cách nhập các thông số kích thước, vật liệu cho nón.
    1. [ Giới thiệu ] – Nội dung bài báo
    • Quy trình tính toán được trình bày như bên, đầu tiên bài báo sử dụng một chương trình CAD để thiết lập mô hình, sau đó sẽ đưa vào chương trình ANYS/LS-DYNA để tiến hành hiệu chỉnh và chia lưới. Kế đến, bài báo tiến hành xuất mô hình tính sang chương trình LS-DYNA để thêm các thông số vật liệu, điều kiện biên. Kết quả tính toán bao gồm ứng suất và gia tốc dội lại tại trọng tâm của đầu người sẽ được so sánh với tiêu chuẩn TCVN 5756-2001 . Nếu mũ không đạt chất lượng sẽ tiến hành xem xét lại mô hình tính.
    2. Quy trình tính toán So sánh TCVN 5756-2001 Nón đạt chất lượng KHÔNG ĐẠT Thiết lập mô hình bằng CAD Dùng Ansys tạo lưới PTHH Dùng LS-DYNA thiết lập điều kiện biên, vật liệu
    • Sau khi có kết quả tính toán và so sánh với thực nghiệm, nghiên cứu sẽ tiến hành thực hiện phần mềm tính toán va chạm nón bảo hiểm , thiết kế nón bảo hiểm dựa trên ngôn ngữ Visual Basic , ứng dụng khả năng tính toán của chương trình LS-DYNA , như mô hình trình bày ở hình bên. Chương trình sau khi hoàn thành sẽ được ứng dụng cho các công ty sản xuất nón bảo hiểm hay các cơ quan thẩm tra nón bảo hiểm của Nhà Nước.
    2. Quy trình tính toán So sánh các tiêu chuẩn So sánh các tiêu chuẩn Cấp chứng nhận Sản xuất ĐẠT ĐẠT KHÔNG Thông số ban đầu ANSYS LS-PREPOST LS-DYNA LS-PREPOST LS-OPT
  • 3.1.1. [ Cấu tạo chung ] – Phân loại nón bảo hiểm Mũ che nữa đầu Mũ che cả đầu và tai Mũ che cả đầu, tai và hàm
    • Các bộ phận bắt buộc:
    • Vỏ cứng: dùng để bảo vệ nón khỏi các vật nhọn, thường được làm từ vật liệu polimer ứng lực với các sợi (thủy tinh, carbon hay sợi kevlar) hay chất dẻo chịu nhiệt như ABS hay polycarbonate.
    • Đệm hấp thụ xung động (đệm bảo vệ): nằm bên trong thân mũ, thường được làm bằng vật liệu expanded polysterene (EPS).
    • Quai đeo để cố định mũ trên đầu người đội.
    • Lớp đệm lót để đảm bảo dễ chịu cho người sử dụng.
    • Các bộ phận không bắt buộc là các bộ phận không có tác dụng bảo vệ đầu người đội mũ như: kính chắn gió, lưỡi trai, đệm lót cổ.
    3.1.2. [ Cấu tạo chung ] – Cấu tạo nón bảo hiểm VỎ CỨNG ĐỆM HẤP THỤ XUNG ĐỘNG KÍNH CHẮN GIÓ LỚP ĐỆM LÓT QUAI ĐEO
    • Mũ phải chịu được va đập và hấp thụ xung động khi thử nghiệm cho va đập. Sau khi thử mũ không bị nứt, vỡ, biến dạng và gia tốc dội lại khi bị va đập không được vượt quá:
    • Gia tốc tức thời: 300g
    • Gia tốc dư sau 3 ms: 200g
    • Gia tốc dư sau 6 ms: 150g
    • Với g = 9,80665 m/s 2 [8]
    3.1.3. [ Cấu tạo chung ] – Tiêu chuẩn Việt Nam 5756
  • 3.1.3. [ Cấu tạo chung ] – Quy trìnhkiểm tra
    • Đầu người là một cấu trúc nhiều lớp và bao gồm 7 phần: da, mặt, xương sọ, não tủy, não, lá chẩm và liềm não [1,6].
    3.2. [ Cấu tạo chung] – Đầu người
    • Tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất trong việc xác định các chấn thương lên đầu là HIC (Head Injury Criterion) (NHTSA, 1972):
    • Trong đó: a là gia tốc tịnh tiến của trọng tâm ứng với gia tốc trọng trường g ; t 1 và t 2 là khoảng thời gian xảy ra gia tốc tính theo giây. Có 2 tiêu chuẩn HIC: HIC15 và HIC36 . Trong đó, 15 và 36 là khoảng thời gian cách nhau giữa t 1 và t 2 . Giá trị HIC mà cao hơn 1.000 thì được coi là gây chấn thương đầu [7].
    3.3. [ Cấu tạo chung ] – Các chỉ tiêu chấn thương đầu
  • 4.1. [ Mô hình PTHH ] – Biên dạng hình học Mô hình nón gồm 2 lớp: lớp vỏ cứng bên ngoài có chiều dày 3mm , nặng 0,16 kg và lớp đệm bảo vệ dày 12mm , nặng 0,587 kg . Lớp vỏ cứng được chia thành 7.224 phần tử SOLID168. Lớp đệm bảo vệ được chia thành 6.976 phần tử SOLID168 . NÓN BẢO HIỂM
    • Được xây dựng theo thông số của mô hình Hybrid III crash test dummy head (Fredriksson, 1996), có kích thước vòng đầu là 560 mm
    • Mô hình đầu người được chia thành 2.730 phần tử SHELL163 , có chiều dày trung bình là 7 mm [9] và có khối lượng 4,04 kg .
    MÔ HÌNH ĐẦU NGƯỜI ĐE Bài báo tiến hành thử nghiệm va đập nón bảo hiểm theo [8] với 2 loại đe: đe phẳng và đe cầu. Đe được làm bằng thép . Đe phẳng có đường kính là 127 mm , chiều dày 18 mm , được chia thành 3.224 phần tử SOLID168 . Đe cầu có bán kính cầu 48 mm , được chia thành 3.112 phần tử SOLID168.
    • Bài báo tiến hành cho mô hình nón và đầu người va chạm vào đe với vận tốc đầu là 4,5 m/s . Đe được mô hình cứng tuyệt đối và cố định trong không gian. Điều kiện tiếp xúc *AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE được sử dụng cho đe và lớp vỏ cứng, lớp đệm bảo vệ và đầu người.
    4.2. [ Mô hình PTHH ] – Điều kiện biên
    • Lớp vỏ cứng bên ngoài nón bảo hiểm được mô hình theo vật liệu Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), lớp đệm bảo vệ mô hình theo vật liệu Expanded Polystyrene (EPS).
    • Mô hình vật liệu khai báo trong chương trình LS-DYNA cho ABS là *MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY và cho vật liệu EPS là *MAT_LOW_DENSITY_FOAM .
    4.3. [ Mô hình PTHH ] – Mô hình vật liệu THÔNG SỐ VẬT LIỆU CỦA NÓN BẢO HIỂM   Đơn vị ABS EPS Khối lượng riêng kg/mm 3 8E-7 8,5E-7 Module đàn hồi GPa 2 3 Hệ số Poisson - 0,4 - Ứng suất chảy GPa 0,004 - Ứng suất (GPa) Biến dạng Đường cong ứng suất-biến dạng của vật liệu ABS dùng cho lớp vỏ cứng
  • 4.3. [ Mô hình PTHH ] – Mô hình vật liệu
    • Đầu người được xây dựng bằng vật liệu *MAT_ELASTIC và đe bằng vật liệu *MAT_REGID
    Đường cong ứng suất-biến dạng của vật liệu EPS dùng cho lớp đệm bảo vệ Ứng suất (GPa) Biến dạng THÔNG SỐ VẬT LIỆU CỦA NÓN BẢO HIỂM   Đơn vị Đầu Đe Khối lượng riêng kg/mm 3 8,4E-6 15E-6 Module đàn hồi GPa 15 10 Hệ số Poisson - 0,21 0,3
  • 5.1. [ Kết quả ] – Video mô phỏng quá trình
  • 5.2. [ Kết quả ] – Video đầu người va chạm
  • 5.2. [ Kết quả ] – Kết quả tính toán với đe cầu Ứng suất Von Mises khi xảy ra va chạm. Ứng suất lớn nhất là 3,47 Mpa Ứng suất Von Mises sau va chạm 5 ms. Ứng suất lớn nhất là 389,2 MPa Ứng suất (GPa) Thời gian (ms) Đầu người Đệm bảo vệ Vỏ cứng Kết quả ứng suất theo phương va chạm của đầu người, vỏ cứng và đệm bảo vệ
  • 5.2. [ Kết quả ] – Kết quả tính toán với đe phẳng Ứng suất Von Mises khi xảy ra va chạm. Ứng suất lớn nhất là 6,426 Mpa Ứng suất Von Mises sau va chạm 5 ms. Ứng suất lớn nhất là 389,2 MPa Ứng suất (GPa) Thời gian (ms) Đầu người Đệm bảo vệ Vỏ cứng Kết quả ứng suất theo phương va chạm của đầu người, vỏ cứng và đệm bảo vệ
  • 6. Kết luận Đơn vị gia tốc: m/s 2 So sánh gia tốc trọng tâm đầu người với tiêu chuẩn TCVN 5756-2001 T/g sau va chạm Tiêu chuẩn Đe cầu Đe phẳng 0 ms 2.942 2.082 678 3 ms 1.961 5.933 5.350
  • 6. Đề xuất thiết bị thử nghiệm Thông số ban đầu ANSYS LS-PREPOST LS-DYNA LS-DYNA LS-OPT So sánh các tiêu chuẩn So sánh các tiêu chuẩn Cấp chứng nhận Sản xuất ĐẠT ĐẠT KHÔNG
  • 6. Đề xuất chương trình liên kết LS-DYNA
    • Nguyễn Thị Huỳnh Lan, Phạm Thanh Tâm, Trần Minh Thái, Nguyễn Quốc Thái, Nguyễn Thế Kỷ, Nguyễn Tường Long, Mô phỏng sọ não người bằng phương pháp phần tử hữu hạn , Hội nghị Khoa Học và Công Nghệ lần thứ 10 (2007), pp. 106-117
    • Becker B Edward, Helmet development and standards, Biomedical and Health Research, Fron-tiers in Head and Neck Trauma , IOS press 21 (1998), pp. 113–130
    • Bowman M Bruce, Lawrence W Schneider, Paul R Rohr and Dinesh Mohan, Simulation of head/neck impact responses for helmeted and unhelmeted motorcyclists, SAE Inc., Paper No. 811029 (1982), pp. 3318–3343
    • Huston R L, Sears J, Effect of protective Helmet mass on Head /Neck dynamics , J. Biomech. Engg. Trans. 103 (1981), pp. 18–23
    7. Tài liệu tham khảo [ 1 ]
    • YettramAL, GodfreyNPM, ChinnBP Materials formotorcycle crash helmets – a finite element parametric study , Plastics, Rubber and Composites Processing and Applications 22(4) (1994), pp. 215–221
    • Praveen Kumar Pinnoji, Puneet Mahajan, Finite element modelling of helmeted head impact under frontal loading , Vol.32 (2007), Part 4, pp. 445-458
    • Magnus Aare, Doctoral Thesis: Prevention of Head Injuries Focusing Specifically on Oblique Impacts , 2003
    • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5756-2001
    Tài liệu tham khảo [ 2 ]
    • H.T. Wang, B.R. Pan, Q.G. Du ,Y.Q. Li, Test Method: The strain in the test environmental stress cracking of plastics , Polymer Testing 22 (2003), pp. 125–128
    • F.M Shuaeib, A.M.S. Hamouda, S.V. Wong, R.S. Radin Umar, M.M.H. Megat Ahmed, A new motorcycle helmet liner material: The finite element simulation and design of experiment optimization , Materials and Design 28 (2007), pp. 182 – 195
    • LS-DYNA Keyword Manual , Livermore Software Technology Corporation
    • Ansys User’s Manual , ANSYS Incorporated
    Tài liệu tham khảo [ 3 ]
  •