RU2191433C2 - Head model useable in performing measurements - Google Patents
Head model useable in performing measurements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2191433C2 RU2191433C2 RU2000120730/28A RU2000120730A RU2191433C2 RU 2191433 C2 RU2191433 C2 RU 2191433C2 RU 2000120730/28 A RU2000120730/28 A RU 2000120730/28A RU 2000120730 A RU2000120730 A RU 2000120730A RU 2191433 C2 RU2191433 C2 RU 2191433C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- head
- base
- helmet
- head model
- stand support
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title 1
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 26
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 5
- 208000030886 Traumatic Brain injury Diseases 0.000 description 3
- 230000009529 traumatic brain injury Effects 0.000 description 3
- 206010019196 Head injury Diseases 0.000 description 2
- -1 TSVM Polymers 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 208000018652 Closed Head injury Diseases 0.000 description 1
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 1
- 229920000561 Twaron Polymers 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000004762 twaron Substances 0.000 description 1
Landscapes
- 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 не пробитии (не разрушении) шлема высокоскоростными поражающими элементами и возможных последствий этого, а также определение усилий, возникающих в различных частях защищенной шлемом головы (затылок, лоб, темя, висок, шейные позвонки и др.). 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) when the helmet is not broken (not destroyed) by high-speed damaging elements and the possible consequences of this, as well as the determination of the forces arising in various parts a helmet protected by a helmet (nape, forehead, crown, temple, cervical vertebrae, etc.).
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. Экспериментально установлено, что при локализации удара тяжесть ЧМТ определяется также максимальной контактной силой при ударе. 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. It has been experimentally established that with impact localization, the severity of TBI is also determined by the maximum contact force upon impact.
С использованием в материалах индивидуального бронирования тканей на основе арамидов (Кевлар, ТСВМ, Тварон и др.), а также тканей на основе полиэтиленовых волокон ("Спектра", "Дайнема") возможность получения ЧТМ существенно возрастает. With the use of fabrics based on aramids (Kevlar, TSVM, Twaron, etc.), as well as fabrics based on polyethylene fibers ("Spectra", "Dynamic") in the materials of individual reservation, the possibility of obtaining CTM significantly increases.
Данные шлемы обладают высокой противопульной стойкостью, а жесткость купола недостаточна, и это приводит к рассмотренным выше последствиям при не пробитии данной защиты. These helmets have high bulletproof durability, and the rigidity of the dome is insufficient, and this leads to the consequences discussed above if this protection is not broken.
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, а также максимальную контактную силу при ударе и тем самым, не позволяют в полной мере судить об эффективности защиты испытываемой конструкции. Existing testing methods for protective helmets are focused mainly on determining the through penetration rate and the degree of depreciation of a helmet, using rigid mass-dimensional models of the head. That is why, these methods do not allow us to estimate the magnitude of the dynamic impact energy transmitted in the local area of contact of the helmet with the head, as well as the maximum contact force upon impact, and thus do not allow us to fully judge the effectiveness of the protection of the tested structure.
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 С1, 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 C1, 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 прототипа является отсутствие возможности измерения контактных усилий, возникающих при взаимодействии ПЭ со шлемом, что связано с условиями жесткого крепления основания модели головы с опорой стенда. The main disadvantage of the prototype is the inability to measure the contact forces arising from the interaction of PE with a helmet, which is associated with the conditions of hard mounting of the base of the head model with the stand support.
Целью изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно повышение информативности получаемых результатов испытаний за счет применения измерительной модели головы, конструкция которой обеспечивает возможность регистрации усилий, возникающих при обстреле бронешлемов. The aim of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype, namely increasing the information content of the obtained test results through the use of a measuring model of the head, the design of which provides the ability to record the forces arising from the shelling of armored helmets.
Указанная цель достигается тем, что предлагаемая модель головы для оценки усилий, возникающих при обстреле шлема, выполненная в соответствии с антропометрическими параметрами головы человека, согласно изобретению состоит из основания, жестко закрепленного на опоре стенда, и укрепленной на нем верхней съемной части, изготовленной из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость единицы объема. Основание модели выполнено таким образом, что верхняя съемная часть может смещаться относительно опоры стенда в горизонтальной плоскости, расположенной между опорой и параллельной ей плоскостью, проведенной через линию цели. This goal is achieved by the fact that the proposed head model for assessing the forces arising from shelling a helmet, made in accordance with the anthropometric parameters of a person’s head, according to the invention consists of a base rigidly mounted on a stand support and an upper removable part made of plastic material having a given energy intensity per unit volume. The base of the model is designed in such a way that the upper removable part can move relative to the stand support in a horizontal plane located between the support and a plane parallel to it, drawn through the target line.
Авторам неизвестны технические решения с указанной в формуле изобретения совокупностью признаков, направленные на достижение той же цели, что и в заявляемом в качестве изобретения объекте, поэтому предлагаемое техническое решение отвечает критерию "существенные отличия". The authors are not aware of technical solutions with the combination of features indicated in the claims aimed at achieving the same goal as in the object claimed as an invention, therefore, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид модели головы измерительной. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the model head measuring.
Верхняя часть (1) модели головы имеет форму половины эллипсоида и выполненная в соответствии с антропометрическими параметрами головы, изготовлена из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость единицы объема. The upper part (1) of the head model has the shape of a half ellipsoid and made in accordance with the anthropometric parameters of the head, is made of plastic material having a given energy intensity per unit volume.
Основание (2) выполнено таким образом, что верхняя съемная часть модели головы может свободно перемещаться относительно опоры стенда (3) в горизонтальной плоскости (5), расположенной между опорой и параллельной плоскостью, провиденной через линию цели С. The base (2) is made in such a way that the upper removable part of the head model can freely move relative to the stand support (3) in a horizontal plane (5) located between the support and a parallel plane seen through the target line C.
Конструкция нижней части основания обеспечивает крепление модель головы в сборе к опоре стенда. Основание также позволяет надежно фиксировать испытываемый защитный шлем (4) в требуемом положении. Наличие возможности смещения съемной части относительно опоры стенда при обстреле закрепленного на модели шлема, обеспечивает возможность регистрации возникающих при этом усилий, в различных частях головы. Используя модель головы в процессе проведения испытаний шлемов, по величине отпечатка в пластичном материале верхней части можно определить величину переданной энергии, а по результатам измерения усилий, возникающих при перемещении верхней съемной части модели головы, - о силах, действующих на различные части головы. The design of the lower part of the base provides fastening of the model head assembly to the stand support. The base also allows you to reliably fix the test helmet (4) in the desired position. The presence of the possibility of displacement of the removable part relative to the support of the stand when firing a helmet fixed on the model, makes it possible to register the forces arising from this in different parts of the head. Using the head model in the process of testing helmets, the magnitude of the transferred energy can be determined by the size of the imprint in the plastic material of the upper part, and the forces acting on various parts of the head can be determined from the results of measuring the forces arising when moving the upper removable part of the head model.
Таким образом, предлагаемая модель головы существенно повышает информативность результатов испытаний за счет получения дополнительно данных о силах, действующих на голову, защищенную шлемом при ее обстреле. Thus, the proposed head model significantly increases the information content of the test results by obtaining additional data on the forces acting on the head, protected by a helmet when it is fired.
На основании вышеизложенного предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает достижение положительного эффекта и обладает критерием "положительный эффект". Based on the foregoing, the present invention in comparison with the prototype provides a positive effect and has the criterion of "positive effect".
Использование в составе испытательного стенда данного технического решения позволяет выработать практические рекомендации по дальнейшему совершенствованию испытуемых изделий в плане снижения вероятности возникновения тупой ЧМТ. The use of this technical solution as part of the test bench allows us to develop practical recommendations for further improvement of the tested products in terms of reducing the likelihood of a dull head injury.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000120730/28A RU2191433C2 (en) | 2000-08-02 | 2000-08-02 | Head model useable in performing measurements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000120730/28A RU2191433C2 (en) | 2000-08-02 | 2000-08-02 | Head model useable in performing measurements |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000120730A RU2000120730A (en) | 2002-09-27 |
| RU2191433C2 true RU2191433C2 (en) | 2002-10-20 |
Family
ID=20238790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000120730/28A RU2191433C2 (en) | 2000-08-02 | 2000-08-02 | Head model useable in performing measurements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2191433C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2239877C1 (en) * | 2003-04-24 | 2004-11-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение специальных материалов" | Diagnostic head model |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE722276C (en) * | 1938-01-18 | 1942-07-06 | Otto Leven | Puncture-proof armor, especially a protective helmet |
| RU2115957C1 (en) * | 1996-12-31 | 1998-07-20 | Юрий Николаевич Косенок | Head model |
| RU2149338C1 (en) * | 1999-03-11 | 2000-05-20 | Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации | Helmet of combat vehicle crewman |
-
2000
- 2000-08-02 RU RU2000120730/28A patent/RU2191433C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE722276C (en) * | 1938-01-18 | 1942-07-06 | Otto Leven | Puncture-proof armor, especially a protective helmet |
| RU2115957C1 (en) * | 1996-12-31 | 1998-07-20 | Юрий Николаевич Косенок | Head model |
| RU2149338C1 (en) * | 1999-03-11 | 2000-05-20 | Общевойсковая Академия Вооруженных Сил Российской Федерации | Helmet of combat vehicle crewman |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Военная техника и эргономика, сер. С. Вооружение и техника сухопутных войск. Научно-технический сборник. 1975, № 4, с.24-32. ГОСТ 12.4.128-83. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2239877C1 (en) * | 2003-04-24 | 2004-11-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение специальных материалов" | Diagnostic head model |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Got et al. | Results of experimental head impacts on cadavers: the various data obtained and their relations to some measured physical parameters | |
| US9372139B2 (en) | Method and apparatus for simulating head impacts for helmet testing | |
| Oeur et al. | A comparison of head dynamic response and brain tissue stress and strain using accident reconstructions for concussion, concussion with persistent postconcussive symptoms, and subdural hematoma | |
| Li et al. | Quantitative relationship between axonal injury and mechanical response in a rodent head impact acceleration model | |
| Ouckama et al. | Projectile impact testing of ice hockey helmets: headform kinematics and dynamic measurement of localized pressure distribution | |
| Palomar et al. | Relevant factors in the design of composite ballistic helmets | |
| Zuckerman et al. | A football helmet prototype that reduces linear and rotational acceleration with the addition of an outer shell | |
| Oeur et al. | Parametric study of impact parameters on peak head acceleration and strain for collision impacts in sport | |
| Hosseini Farid et al. | The strain rates of the brain and skull under dynamic loading | |
| RU2191433C2 (en) | Head model useable in performing measurements | |
| RU2115957C1 (en) | Head model | |
| CA2735615A1 (en) | Method and apparatus for simulating head impacts for helmet testing | |
| RU148811U1 (en) | BALLISTIC HEAD SIMULATOR FOR DETERMINING THE PROTECTIVE PROPERTIES OF HELMETS | |
| RU2239877C1 (en) | Diagnostic head model | |
| Rousseau et al. | The influence of deflection and neck compliance on the impact dynamics of a Hybrid III headform | |
| RU2177649C1 (en) | Standardized head model | |
| Svoboda et al. | Measurement of force impact taekwondo athletes, assessing the possibility of injury of human head | |
| Bonin et al. | The effect of motorcycle helmet fit on estimating head impact kinematics from residual liner crush | |
| RU2549691C2 (en) | Assessment method of protective properties of armour helmets by determining risk of under-armour contusion head injury | |
| Chowdhury et al. | Combined analysis of shock absorption capability and force dispersion effect of mouthguard materials with different impact objects | |
| Nur et al. | A comparison of the capacity of ice hockey goaltender masks for the protection from puck impacts | |
| RU2239876C1 (en) | Combined head model | |
| RU2177180C1 (en) | General purpose head model | |
| RU2226718C1 (en) | Segment head mock-up | |
| Clark | Evaluation of the protective capacity of ice hockey goaltender masks for three accident events using dynamic response and brain stress and strain |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20020803 |