RU2177180C1 - General purpose head model - Google Patents
General purpose head model Download PDFInfo
- Publication number
- RU2177180C1 RU2177180C1 RU2000119259A RU2000119259A RU2177180C1 RU 2177180 C1 RU2177180 C1 RU 2177180C1 RU 2000119259 A RU2000119259 A RU 2000119259A RU 2000119259 A RU2000119259 A RU 2000119259A RU 2177180 C1 RU2177180 C1 RU 2177180C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ellipsoid
- rigid base
- head
- plastic material
- removable part
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 3
- 208000018652 Closed Head injury Diseases 0.000 description 2
- 208000030886 Traumatic Brain injury Diseases 0.000 description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 2
- 230000009529 traumatic brain injury Effects 0.000 description 2
- 206010019196 Head injury Diseases 0.000 description 1
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 1
- 208000028979 Skull fracture Diseases 0.000 description 1
- 229920000561 Twaron Polymers 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 208000029028 brain injury Diseases 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009514 concussion Effects 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000004762 twaron Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Instructional Devices (AREA)
- Helmets And Other Head Coverings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для испытания средств индивидуальной защиты человека, в частности к испытательным стендам для оценки защитных свойств шлемов от воздействия высокоскоростных поражающих элементов (ПЭ) и вторичных осколков. The invention relates to devices for testing personal protective equipment, in particular to test benches for evaluating the protective properties of helmets from the effects of high-speed damaging elements (PE) and secondary fragments.
Для оценки жизнедеятельности и безопасности человека при использовании средств защиты головы практический интерес представляет исследование процесса формирования тупой черепно-мозговой травмы (ЧМТ) при непробитии (неразрушении) шлема различными высокоскоростными элементами и оценки возможных последствий. To assess human life and safety when using head protection, it is of practical interest to study the formation of a blunt traumatic brain injury (TBI) during non-penetration (non-destruction) of a helmet by various high-speed elements and assess the possible consequences.
Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют, что нанесение ЧМТ различной тяжести возможно и без пробития защитного шлема, и соответственно без непосредственного воздействия ПЭ на голову. Формирование тупой ЧМТ при этом происходит по причине динамического контактного воздействия защитного шлема на голову вследствие смещения как конструкции в целом, так и локального - местного деформирования купола шлема в области удара ПЭ, которые сопровождаются контактом и передачей части энергии на голову. Numerous experimental data indicate that the application of head injury of varying severity is possible without breaking through a protective helmet, and, accordingly, without direct exposure to PE on the head. The formation of a blunt head injury in this case occurs due to the dynamic contact action of the protective helmet on the head due to the displacement of both the structure as a whole and local - local deformation of the helmet dome in the area of impact of the PE, which is accompanied by contact and transfer of part of the energy to the head.
Существующие методы испытаний защитных шлемов ориентированы, главным образом, на определение скорости сквозного пробития и степени амортизации шлема, используя при этом жесткие массово- габаритные макеты головы. Именно поэтому данные методы не позволяют оценить величину энергии динамического воздействия передаваемой в локальной области контакта шлема с головой и тем самым не позволяют судить об эффективности защиты испытываемой конструкции. Existing testing methods for safety helmets are mainly aimed at determining the through penetration rate and the degree of helmet amortization, using rigid mass-dimensional models of the head. That is why these methods do not allow us to estimate the magnitude of the energy of the dynamic impact transmitted in the local area of the helmet’s head-to-head contact and thus do not allow us to judge the effectiveness of the protection of the tested structure.
С использованием в материалах индивидуального бронирования тканей на основе арамидов (кевлар, ткань синтетическая высокомодульная, тварон и др.), а также тканей на основе полиэтиленовых волокон ("Спектра", "Дайнема") проблема возможности получения ЧТМ существенно возрастает. With the use of aramid-based fabrics (Kevlar, high-modulus synthetic fabric, Twaron, etc.), as well as fabrics based on polyethylene fibers (Spectra, Dynamic), the problem of the possibility of obtaining a CTM increases significantly.
Данные шлемы обладают высокой противопульной стойкостью, а жесткость купола недостаточна, и это приводит к рассмотренным выше последствиям при непробитии данной защиты. These helmets have high bulletproof durability, and the stiffness of the dome is insufficient, and this leads to the above consequences when this protection is not broken.
Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является модель головы для оценки динамического воздействия шлема, выполненная в соответствии с антропометрическими параметрами головы человека (см. Модель головы, патент RU 2115957. опубл. 20.07.98 г.). The closest analogue of the proposed invention is a head model for assessing the dynamic effects of a helmet, made in accordance with the anthropometric parameters of the human head (see Head Model, patent RU 2115957. publ. 20.07.98).
Модель головы состоит из двух частей, жесткого основания и установленной на нем верхней съемной части, имеющей форму половины эллипсоида и выполненной из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость деформации единицы объема. В нижней части жесткого основания имеется цилиндрический паз, который позволяет крепить модель головы в сборе к платформе стенда. Жесткое основание дает возможность надежно фиксировать шлем в требуемом положении относительно направления стрельбы. The head model consists of two parts, a rigid base and an upper removable part mounted on it, having the shape of a half ellipsoid and made of plastic material having a given energy intensity of deformation of a unit volume. At the bottom of the rigid base there is a cylindrical groove that allows you to mount the model of the head assembly to the platform of the stand. The rigid base makes it possible to reliably fix the helmet in the desired position relative to the direction of fire.
Основным недостатком известной модели является способ крепления верхней съемной части к жесткому основанию. Верхняя съемная часть выполнена полностью из пластичного материала, а крепление осуществляется путем ее установки в цилиндрическом пазе жесткого основания. В результате этого возможна не только деформация пластичного материала верхней части в месте контакта шлема при обстреле, но и общее смещение верхней части в направлении стрельбы, что может привести к искажению получаемых результатов. The main disadvantage of the known model is the method of fastening the upper removable part to a rigid base. The upper removable part is made entirely of plastic material, and fastening is carried out by installing it in a cylindrical groove of a rigid base. As a result of this, not only the deformation of the plastic material of the upper part at the point of contact of the helmet during shelling is possible, but also the general displacement of the upper part in the direction of fire, which can lead to a distortion of the results.
Задачей изобретения является уменьшения эффекта общей деформации пластичного материала, вызванного отсутствием жесткого каркаса, имитирующего костную ткань головы. Технический результат, который будет получен в результате решения задачи, состоит в повышение точности получаемых результатов испытаний. The objective of the invention is to reduce the effect of the general deformation of the plastic material caused by the absence of a rigid frame that simulates the bone tissue of the head. The technical result that will be obtained as a result of solving the problem is to increase the accuracy of the obtained test results.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая модель головы для оценки динамического воздействия шлема, выполненная в соответствии с антропометрическими параметрами головы человека, согласно изобретению, состоит из жесткого основания с выступом в виде половины эллипсоида и укрепленной на нем верхней съемной части, выполненной из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость деформации единицы объема. The specified technical result is achieved by the fact that the proposed head model for assessing the dynamic effects of the helmet, made in accordance with the anthropometric parameters of the human head, according to the invention, consists of a hard base with a protrusion in the form of half an ellipsoid and an upper removable part mounted on it made of plastic material having a given energy intensity of deformation of a unit volume.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид модели головы универсальной. The invention is illustrated by the drawing, which shows a General view of the head model universal.
Верхняя часть 1 модели головы имеет форму половины полого эллипсоида с внутренними размерами, соответствующими внешним размерам эллипсоидной части жесткого основания, выполнена из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость единицы объема, с толщиной пластичного материала, равной 3 - 5 калибров поражающего элемента. Толщина пластичного материала выбрана опытным путем исходя из того, что ее уменьшение может привести к влиянию жесткой основы на объем деформированного материала, а увеличение - к возможности искажения формы и объема впадины. Пластичный материал представляет собой глицериновое мыло. The upper part 1 of the head model has the shape of a half hollow ellipsoid with internal dimensions corresponding to the external dimensions of the ellipsoid part of the rigid base, made of plastic material having a given energy intensity per unit volume, with a thickness of plastic material equal to 3-5 calibers of the striking element. The thickness of the plastic material is selected empirically on the basis that its reduction can lead to the influence of a rigid base on the volume of the deformed material, and the increase to the possibility of distortion of the shape and volume of the cavity. The plastic material is glycerin soap.
Верхняя часть 1 крепится на жестком основании, 2 имеющем выступ в виде половины эллипсоида и выполненном из дерева. The upper part 1 is mounted on a rigid base, 2 having a protrusion in the form of half an ellipsoid and made of wood.
Нижняя часть жесткого основания имеет цилиндрический паз, который позволяет крепить модель головы в сборе к платформе 3. Жесткое основание также позволяет надежно фиксировать испытываемый защитный шлем 4 в требуемом положении. The lower part of the rigid base has a cylindrical groove, which allows you to mount the model of the head assembly to the platform 3. The rigid base also allows you to securely fix the test helmet 4 in the desired position.
Применение глицеринового мыла в качестве формообразующего элемента модели обусловлено тем, что оно имеет в пределах реальных условий постоянную и определенную экспериментально энергоемкость пластической деформации единицы объема: Δ E = 5,3 Дж (для формирования полости объемом W = 1 см3 необходимо затратить энергию Δ E = 5,3 Дж). Используя данное свойство при проведении испытаний шлемов, по наличию отпечатка в мыльном блоке модели возможно судить о контактном воздействии шлема на голову, а по объему образованной там же полости - о величине переданной энергии Δ E. Сравнение величины переданной энергии Δ E с известными критериями, например, с порогом сотрясения головного мозга (E ≥ 14 Дж, ГОСТ 12.4.128-83 ССБТ. Каски защитные. Общие технические требования и методы испытаний), порогом перелома костей черепа (E ≥ 14 Дж, А.П.Громов. Биомеханика травмы.- М.: Медицина, 1979, 109 с.) и растрескиванием костей черепа (E = 10 - 20 Дж, В.Б.Парашин. Критерии повреждения организма человека при ударных воздействиях. Конверсия в машиностроении, 1993, N 1, с. 31-39) позволяет с достаточной степенью надежности устанавливать уровни динамического воздействия на испытываемое изделие, при которых либо не происходит потери жизнедеятельности (боеспособности) человека, либо формируется тупая ЧМТ конкретной степени тяжести при непробитии (неразрушении) шлема.The use of glycerin soap as the forming element of the model is due to the fact that, under real conditions, it has a constant and experimentally determined energy intensity of plastic deformation of a unit volume: Δ E = 5.3 J (for the formation of a cavity with a volume of W = 1 cm 3, it is necessary to expend energy Δ E = 5.3 J). Using this property when testing helmets, by the presence of a fingerprint in the soap block of the model it is possible to judge the contact action of the helmet on the head, and by the volume of the cavity formed there - the amount of transferred energy Δ E. Comparison of the transferred energy Δ E with known criteria, for example , with a concussion threshold (E ≥ 14 J, GOST 12.4.128-83 SSBT. Protective helmets. General technical requirements and test methods), a skull fracture threshold (E ≥ 14 J, A.P. Gromov. Biomechanics of injury. - M .: Medicine, 1979, 109 pp.) And rastres nodding of the bones of the skull (E = 10 - 20 J, VBParashin. Criteria for damage to the human body under shock. Conversion in mechanical engineering, 1993, N 1, pp. 31-39) allows you to set the levels of dynamic impact on a sufficient degree of reliability the tested product, in which either there is no loss of vital activity (combat effectiveness) of a person, or a blunt brain injury of a specific severity is formed when the helmet is not broken (non-destroyed).
Проведенные авторами экспериментальные стрельбы с целью испытания бронешлемов с использованием данной модели головы показали, что их порог непробития, фиксируемый вышеописанными способами, нередко выше установленного порога безопасного воздействия. The experimental firing conducted by the authors with the aim of testing armored helmets using this head model showed that their non-penetration threshold, fixed by the methods described above, is often above the established threshold for safe exposure.
Это дает возможность внесения ряда изменений в существующие методики испытаний шлемов. This makes it possible to make a number of changes to existing helmet testing methods.
Таким образом, использование в составе испытательного стенда данного технического решения позволит повысить достоверность проводимых испытаний шлемов и выработать практические рекомендации по дальнейшему совершенствованию испытуемых изделий в плане снижения вероятности возникновения тупой ЧМТ. Thus, the use of this technical solution as a part of the test bench will increase the reliability of the helmets tests and develop practical recommendations for further improvement of the tested products in terms of reducing the likelihood of blunt head injury.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000119259A RU2177180C1 (en) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | General purpose head model |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000119259A RU2177180C1 (en) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | General purpose head model |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2177180C1 true RU2177180C1 (en) | 2001-12-20 |
Family
ID=20238115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000119259A RU2177180C1 (en) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | General purpose head model |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2177180C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2239876C1 (en) * | 2003-04-24 | 2004-11-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение специальных материалов" | Combined head model |
| RU2254544C2 (en) * | 2003-03-25 | 2005-06-20 | Закрытое акционерное общество "АРТЕСС" | Method for determination of protective properties of individual protection means |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2342095B2 (en) * | 1973-08-21 | 1976-08-19 | HEAD FOR TEST DOLLS FOR PERFORMING SAFETY TESTS IN MOTOR VEHICLES | |
| EP0195718A1 (en) * | 1985-03-22 | 1986-09-24 | Commissariat A L'energie Atomique | Artificial skull, prosthetic head built up from the skull and process for producing them |
| RU2115957C1 (en) * | 1996-12-31 | 1998-07-20 | Юрий Николаевич Косенок | Head model |
-
2000
- 2000-07-19 RU RU2000119259A patent/RU2177180C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2342095B2 (en) * | 1973-08-21 | 1976-08-19 | HEAD FOR TEST DOLLS FOR PERFORMING SAFETY TESTS IN MOTOR VEHICLES | |
| EP0195718A1 (en) * | 1985-03-22 | 1986-09-24 | Commissariat A L'energie Atomique | Artificial skull, prosthetic head built up from the skull and process for producing them |
| RU2115957C1 (en) * | 1996-12-31 | 1998-07-20 | Юрий Николаевич Косенок | Head model |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2254544C2 (en) * | 2003-03-25 | 2005-06-20 | Закрытое акционерное общество "АРТЕСС" | Method for determination of protective properties of individual protection means |
| RU2239876C1 (en) * | 2003-04-24 | 2004-11-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение специальных материалов" | Combined head model |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Courtney et al. | A thoracic mechanism of mild traumatic brain injury due to blast pressure waves | |
| Palomar et al. | Relevant factors in the design of composite ballistic helmets | |
| Ouckama et al. | Projectile impact testing of ice hockey helmets: headform kinematics and dynamic measurement of localized pressure distribution | |
| Hosseini Farid et al. | The strain rates of the brain and skull under dynamic loading | |
| Zhou et al. | Finite element study of energy absorption foams for headgear in football (soccer) games | |
| RU2177180C1 (en) | General purpose head model | |
| Gray et al. | Numerical modeling of paintball impact ocular trauma: identification of progressive injury mechanisms | |
| RU148811U1 (en) | BALLISTIC HEAD SIMULATOR FOR DETERMINING THE PROTECTIVE PROPERTIES OF HELMETS | |
| RU2115957C1 (en) | Head model | |
| Rothschild et al. | Wound ballistics and forensic medicine | |
| RU2239876C1 (en) | Combined head model | |
| RU2549691C2 (en) | Assessment method of protective properties of armour helmets by determining risk of under-armour contusion head injury | |
| RU2177649C1 (en) | Standardized head model | |
| Harmukh et al. | Mechanical analysis of helmeted headforms under ballistic impact with implications in performance evaluation of ballistic helmets | |
| Lockhart | Primary blast injury of the head: numerical prediction and evaluation of protection | |
| Ganpule et al. | The effect of shock wave on a human head | |
| Goel | Study of an advanced helmet liner concept to reduce TBI: experiments & simulation using sandwich structures | |
| RU2226718C1 (en) | Segment head mock-up | |
| RU2191433C2 (en) | Head model useable in performing measurements | |
| Pandelani et al. | In pursuit of vehicle landmine occupant protection: Evaluating the dynamic response characteristic of the military lower extremity leg (MiL-Lx) compared to the Hybrid III (HIII) lower leg | |
| Presswalla | The pathophysics and pathomechanics of trauma | |
| Raymond | Biomechanics of blunt ballistic temporo-parietal head impact | |
| Pinto | A gun based test method to simulate mine blast against boots | |
| RU2239877C1 (en) | Diagnostic head model | |
| Cronin | Investigation of lung response resulting from behind armour blunt trauma impact scenarios |