Un banco di prova per esaminare la calzata del casco e conservazione e misure biomeccaniche della testa e lesioni al collo nei impatto simulato

L'obiettivo generale di questo metodo per simulare l'impatto del casco è quantificare la vestibilità e la ritenzione del casco e valutare il rischio di lesioni di diversi scenari di vestibilità del casco. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nella ricerca sul casco, come l'effetto della vestibilità del casco su lesioni alla testa e al collo. Il vantaggio principale di questa tecnica è che una nuova visione dell'efficace vestibilità del casco sulla probabilità di infortunio può essere quantificata utilizzando una semplice metodologia.

L'esposizione alla testa e le lesioni alla testa e al collo, possono essere studiate con questo metodo. Simula l'impatto sulla testa con il casco guidando linearmente la forma della testa per colpire una superficie d'impatto. Assembla una torre di caduta composta da un giunto cardanico regolabile, un dispositivo di prova antropometrica e una superficie di impatto variabile.

All'interno della forma della testa, disporre nove accelerometri uniassiali in una configurazione tre, due, due, due per misurare le accelerazioni lineari e angolari al centro di gravità della forma della testa. Successivamente, imposta un cancello di velocità personalizzato sulla torre d'impatto per misurare la velocità d'impatto appena prima dell'impatto. Per raccogliere i dati di accelerazione della testa, impostare il sistema di acquisizione dati.

Utilizzare un filtro passa-basso anti-aliasing con una frequenza d'angolo di quattro kilohertz per filtrare i dati prima del campionamento. Quindi, impostare la frequenza di campionamento di ciascun segnale filtrato su 100 kilohertz. Vari scenari possono essere testati utilizzando l'impostazione, la velocità di impatto, la superficie di impatto e il tipo di impatto, prima la testa o il busto, sono tutte variabili.

Per prima cosa, solleva la forma della testa all'altezza appropriata. Utilizzando altezze di caduta di 0,82 e 1,83 metri, è possibile raggiungere velocità di impatto di quattro e sei metri al secondo. La velocità di impatto di sei metri al secondo rappresenta gli standard nel campo.

Per una superficie d'impatto, installare un'incudine piatta o angolata a 45 gradi, coprire la superficie dell'incudine con nastro abrasivo per simulare una superficie di asfalto. Regolare la posizione dell'incudine secondo necessità in modo che il casco colpisca solo la superficie piana dell'incudine. Quindi, prepara la torre di caduta per un primo impatto con la testa o con il busto.

Posizionare il blocco ad un'altezza tale da colpire il gimbal quando il casco si trova a 25 millimetri dall'incudine. Per questo test, utilizzare anche un po' di schiuma per ridurre al minimo le vibrazioni provenienti dalla torre di caduta. Ora, solo la flessione del collo porterà il casco nell'incudine.

Ripeti la stessa configurazione dello scenario di impatto e vestibilità tre volte, utilizzando un nuovo casco per ogni test. Posiziona due telecamere ad alta velocità attorno alla torre di caduta per acquisire immagini sincronizzate del movimento del casco e della testa durante l'impatto. Usa un obiettivo macro per ottenere un campo visivo più stretto e imposta lo stop f a circa otto.

Quindi, imposta la dimensione dell'immagine e la frequenza dei fotogrammi per la registrazione. Quindi, sincronizza le due telecamere utilizzando i loro orologi interni e imposta un trigger per avviarle contemporaneamente. Posiziona una luce da 250 watt tra le telecamere per fornire un'illuminazione sufficiente.

Il passaggio successivo consiste nel calibrare lo spazio di visualizzazione della fotocamera. Posiziona una gabbia di calibrazione contrassegnata da 17 punti di calibrazione nel campo visivo di entrambe le telecamere e scatta una singola immagine da ciascuna telecamera. Le telecamere devono vedere almeno 11 punti comuni.

Seguire i passaggi del protocollo di testo per calibrare la fotocamera utilizzando queste immagini. Posizionare il marcatore di riferimento tra gli occhi sulla fronte inferiore e posizionare gli altri marcatori in modo uniforme attorno alla forma della testa. Quindi, scatta un'immagine di riferimento fissa della forma della testa da ciascuna fotocamera.

Ogni telecamera deve vedere almeno tre marcatori, incluso il marcatore di riferimento. Ora ripeti questo processo con il casco, rimuovi sempre la visiera staccabile per migliorare la visibilità durante il tracciamento e posiziona i marcatori in modo che un'immagine di riferimento da ciascuna telecamera visualizzi almeno quattro marcatori. Ora, imposta e testa il trigger simultaneo per l'acquisizione dei dati, la registrazione della telecamera e il rilascio della forma della testa.

Infine, attivare l'avvio del sistema di acquisizione dati con l'avvio delle registrazioni della telecamera e rilasciare la forma della testa. Cattura tre secondi prima della caduta e otto secondi dopo la caduta. Dopo il test, rivedi e ritaglia manualmente il video in modo che contenga solo i dati sull'impatto.

L'accelerazione lineare della testa, l'accelerazione angolare, la velocità angolare, la forza della parte superiore del collo e il momento della parte superiore del collo sono stati calcolati dalla norma assoluta dei vettori direzionali. È stato anche calcolato un criterio di lesione al collo dalla forza assiale e dal momento del collo. È stato possibile identificare diversi eventi dell'impatto.

Ad esempio, il contatto della testa con l'incudine e il primo impatto del busto sono osservati come il grande picco e il risultato di un'accelerazione lineare. Nell'accelerazione angolare, si osservano due serie di picchi. Il primo picco si verifica a seguito dell'impatto del busto, mentre il secondo picco si verifica a seguito del raggiungimento della massima flessione del collo.

In sequenza, gli eventi dell'impatto sono l'impatto del busto, seguito dal contatto della testa con l'incudine e poi, il collo che raggiunge la massima flessione. L'entità del vettore tra la fronte e la tesa del casco, indica lo spostamento del casco. Questo valore rappresenta la posizione del casco sulla testa con valori grandi che dimostrano una maggiore esposizione della testa.

Le variazioni dello spostamento del casco rappresentano il movimento del casco. I metodi presentati possono essere utilizzati per esaminare la protezione della testa con i caschi, per quanto riguarda la probabilità di lesioni, la ritenzione e la stabilità del casco.