Analiza numeryczna ruchu ciała ludzkiego poddanego obciążeniu wybuchem Numerical analysis of the human body under explosion

Transkrypt

1 Analiza numeryczna ruchu ciała ludzkiego poddanego obciążeniu wybuchem Numerical analysis of the human body under explosion Piotr W. SIELICKI, Tomasz GAJEWSKI Instytut Konstrukcji Budowlanych Politechnika Poznańska

2 Model numeryczny metody elementów skończonych główy powód śmierci ofiar wybuchów związany jest z uszkodzeniem organów wrażliwych na wysokie ciśnienie powietrza, tj. błona bębenkowa, płuca, trzewia zagadnienie dynamiczne, zastosowano metodę elementów skończonych, wykorzystano jawny schemat całkowania w przykładzie symulacyjnym ładunek wybuchowy umieszczono na poziomie podłoża w odl. 1m od manekina objętość powietrza wymodelowano jako sześcian (o boku 3 m) wymiar elementu skończonego powietrza wynosi 0.02 m 3 m 1m 3 m 3 m

3 Modelowanie ciała ludzkiego przyjęto reprezentatywny model ciała ludzkiego, młody mężczyzna o wzroscie 1.79 m oraz masie 84.8 kg poszczególne części manekina wymodelowano jako ciała sztywne (połączone ze sobą zgodnie z ruchomościami, jak w anatomicznych stawach) wymodelowano czternaście części ciała o łącznej liczbie około 1.5 miliona czterościennych elementów skończonych MeshLab Meshmixer

4 Modelowanie połączeń stawowych zaproponowano model kinematyki stawów (parametry z kalibracji na podstawie Kaleps 1987 oraz ISOM) f ( x) a ( x d) 9 10 b c x x ( min x min ; max max ) f (x) moment oporu ruchu (x kąt obrotu) a, b, c, d parametry pochodzące z kalibracji α min α max kątowy zakres ruchu, na podstawie danych z ISOM przyjęto trzynaście anatomicznych połączeń (głównie stawów): stawy typu zawiasowego z jedną osią obrotu: stawy skokowe, kolanowe oraz łokciowe stawy typu kulistego: stawy promieniowo-nadgarstkowe, krzyżowo-biodrowe, ramienne oraz szyja

5 f [Nm] Modelowanie połączeń stawowych parametry po kalibracji na podstawie Kaleps 1987 oraz ISOM staw w / płaszczyzna ruchu α min α max (α 0 )[ o ] a [-] b [-] c [-] d [-] staw w / płaszczyzna ruchu α min α max (α 0 )[ o ] a [-] b [-] c [-] d [-] lewa kostka / grzbiet (7.5) prawa kostka/ grzbiet (10) lewe kolano/ grzbiet (40) prawe kolano/ grzbiet (21.5) lewy nadg./ grzbiet (0) lewy nadg./ czołowa (0) prawy nadg./ grzbiet (0) prawy nadg./ czołowa (0) lewy łokieć/ grzbiet (0) prawy łokieć/ grzbiet (0) lewe biodro/ czołowa (0) prawe biodro/grzbiet (12.5) prawe biodro/ czołowa (0) lewe ramię/ grzbiet (-5) lewe ramię/ poprzeczna (0) lewe ramię/ czołowa (0) prawe ramię/ grzbiet (20) prawe ramię/ poprzeczna (0) prawe ramię/ czołowa (0) szyja/ czołowa (0) lewe biodro/ grzbiet (32.5) szyja/ grzbiet ( 20) uwzględnienie ograniczonej możliwości ruchu o -50 o x [ o ] o 20 o

6 Modelowanie fali uderzeniowej równanie stanu Jones-Wilkins-Lee materiału wybuchowego równanie stanu dla gazu idealnego (powietrza)

7 Wykres ciśnienia ciśnienie obliczone w odległości 2 cm od powierzchni ucha (lewego i prawego) masa TNT [kg] nadciś. maks. L/P [kpa] / / / / 389.6

8 Wykres ciśnienia ciśnienie obliczone w odległości 1 cm od powierzchni klatki piersiowej masa TNT [kg] nadciś. maks. [kpa]

9 Podsumowanie zbudowano model MES ciała ludzkiego obciążonego falą uderzeniową oraz zaproponowano matematyczny model kinematyczny stawów oraz zaprezentowano przyjęte wartości dla trzynastu głównych stawów fala uderzeniowa szybciej dociera do obszaru klatki piersiowej niż uszu wartości maksymalne ciśnienia dla klatki piersiowej są prawie dwukrotnie większe ( ) niż dla błony bębenkowej Podziękowanie Praca powstała w ramach projektu Modularny system ekranów szybkiego montażu dla ochrony ludzi, budynków i mienia przed skutkami wybuchu o numerze UOD-DEM-1-203/001 Literatura International Standard of Orthopaedic Measurements. Technical report, The American Association of Orthopaedic Surgeons Kaleps I., White R.P., Beecher Jr.,R.M., Whitestone J. and Obergefell L.A., Measurement of hybrid III dummy properties and analytical simulation data base development. Technical report, Harry G. Armstrong Aerospace Medical Research Laboratory, 1987