미식 축구 헬멧에 대한 수정 드롭 탑 충격 테스트

Bioengineering

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Rush, G. A., Prabhu, R., Rush III, G. A., Williams, L. N., Horstemeyer, M. F. Modified Drop Tower Impact Tests for American Football Helmets. J. Vis. Exp. (120), e53929, doi:10.3791/53929 (2017).

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Abstract

Introduction

자극
이 수정 드롭 탑 시험 방법의 주요 목표는 더 밀접하게 미식 축구 헬멧 시스템에 필드에 미치는 영향을 나타내는 강화 된 안전 기준을 촉진하는 것입니다. 수반 시험 방법은 헬멧 효과적으로 진동 방지를위한 개선 된 헤드 기어를 개발하는데 필요한 지식 체계 응답을 제공 할 수있다. 뇌진탕의 발생은 지속적으로 같은 미식 축구와 같은 접촉 스포츠를 괴롭혀왔다. 혼자 미국에서 스포츠 관련 뇌진탕은 160 만 3.8 배 매년 발생하는 것으로 추정되고있다. 축구 선수는 1,500 개 이상의 머리에 미치는 영향 각 계절을 가질 수 있습니다. 2, 3, 가장 영향의 크기가 서브 진탕 수 있지만, 만성 외상성 뇌병증 (CTE)로 알려져 충격에 의한 신경 퇴행성 질환에 대한 장기적인 뇌 손상으로 이어질 수 이러한 영향의 축적. 4CTE는 기억 상실, 행동 및 성격 변화, 파킨슨 증후군, 음성, 때로는 자살하게되었다 걸음 걸이의 이상에 이르는 뇌에서 타우 단백질의 축적에 연결되어 있습니다. 5 축구 헬멧은 지난 15 년 동안 몇 가지 기술 발전을 이루어 왔지만, 오늘날 가장 진보 된 헬멧은 완전히 헬멧에 입사 힘을 모두 완화하지 않으며, 따라서 운동 선수는 여전히 뇌진탕이 발생. BARTSCH 등에 의해 수행 연구. 6 보여 주었다 많은 경우에 머리 충격 용량과 머리 부상 위험, 빈티지 레더 헬멧은 널리 사용되는 21 세기 헬멧을 착용하는 것과 비슷 하였다 입고 축구 헬멧의 설계 및 시험 기준 개선의 필요성을 설명하면서. 특히, NOCSAE 인증 7은 헬멧에 대한 낙하 시험에 포함될 면갑을 필요로하지 않는다. t에서 추가 된 강성그는 극적으로 전체 기계적 응답을 바꿀 것 헬멧에 연결된 면갑. 본 연구는 안전 헬멧의 디자인을 촉진하는 구동력이 될 것보다 강력한 헬멧 안전 기준을 제공하는 방법을 수반한다.

배경
머리 부상 메트릭
뇌진탕과 관련된 정확한 생물학적 메커니즘은 알 수없는 남아 있습니다. 많은 작업은 다양한 부상 측정에 의해 머리 부상의 허용 오차를 정량화하는 시도에서 수행되었지만, 불일치는 이러한 기준에 관한 생물 의학 사회에서 생겨났다. 선가 속도, 회전 가속도 영향 기간 및 임펄스 이러한 손상 메커니즘은 여러 엔티티들에 관한 가정된다. 8, 9, 10, 11, 일부 손상 기준 선형 가속도의 측정 등의 충격을 정의하는 데 사용되어왔다. 웨인 주립 공차 곡선 (WSTC) 12, 13, 14는 충돌 시간 대 선형 가속 임계 곡선 경계를 정의하여 정면 충돌시 자동차 충돌 용 두개골 골절을 예측하기 위해 개발되었다. WSTC는 심각도 지수 (SI) (11) 기타 부상 기준에 대한 기초 역임했다 그리고 머리 부상 기준 (HIC), (15)은 두 개의 가장 일반적으로 사용되는 기준입니다. 는 SI 및 HIC 선형 가속 시간 프로파일의 가중 적분에 따라 모두 측정에 미치는 영향 심각도. 이러한 기준은 선형 가속을위한 임계 값을 정의하지만, 다른 기준은 이러한 헤드 충격 에너지 지표로서, 회전 가속도를 설명하기 위해 제안되었다. 8, 10, 16 오늘의 헬멧 테스트 표준은 종종 웨인 상태에 따라 부상 기준을 사용lerance 곡선 (즉 HIC 또는 SI) 또는 최대 가속도 기준 또는 두 경우가있다. 일부 수정이 표준 성능 기준에 각가속도를 추가하는 데 필요한 반면, 선형 가속도 기반 기준 지배적 남아있다.

본 연구에서 사용 된 측정 항목을 제공하는 각 헬멧 피크 얻어진 가속도, SI 및 HIC 값이 있었던 상대 안전성을 평가한다. 이러한 통계 만 SI는 운동 장비 (NOCSAE) 축구 헬멧 표준 규격에 현재 전국 운영위원회의 평가를 위해 사용된다. Si를 다음 식에 기반

식 (1) (1)

A는 헤드의 무게 중심 (CG)의 병진 가속이고, t는 가속 구간이다. 11, 17 SI는 따라 t를 계산 하였다계산이 결과 가속도 곡선을 따라 4 G 임계 값에 의해 제한된다 NOCSAE 표준 (18), 오. 내 HIC 값은 다음 식으로 계산했다

식 (1) (2)

(A)는 머리의 CG의 병진 가속이고, t 1, t 2 HIC가 최대 값을 달성하는 간격으로 각각의 초기 및 최종 시간 어디. 모든 HIC 값은 시간 간격의 지속 기간이 36 밀리 초에 한정되어 있었다 HIC 36 본 연구에서 계산.

NOCSAE 축구 헬멧 테스트 기준
NOCSAE 개요
1969 년 NOCSAE은 스포츠 관련 상해를 감소시키는 것을 목표로 축구 헬멧 / faceguards 및 기타 스포츠 장비 미국에 대한 성능 기준을 개발하기 위해 형성되었다. 17 NOCSAE 축구 헬멧 표준은 축구 헬멧 / faceguards에 대한 충격 감쇠와 구조적 무결성에 대한 요구 사항을 설정하여 머리 부상을 줄일 수 웨인 주립 대학의 박사 보이트 호지 슨 (9)에 의해 개발되었다. 이 축구 헬멧 표준 인증 테스트 및 헬멧 매년 재 인증 절차를 포함한다. 2015 년 NOCSAE 특정 미국 표준 협회 (ANSI) 헬멧 인증 공인 체의 사용을 필요로하는 품질 관리 프로그램을 구현 하였다.

NOCSAE 시험 방법
헬멧 삭제가 수행되기 전에 자신의 제거를 위해 호출과 같이 NOCSAE 축구 헬멧 표준 faceguards와 헬멧의 테스트가 포함되어 있지 않습니다. NOCSAE 헬멧 검사 기준 (17)은 필요한 충격 속도로 headform 헬멧 조합을 가속 중력에 의존하는, 트윈 와이어 드롭 임팩터를 이용한다. NOCSAE의 headform는 승 계측한다무게 중심에서 i 번째 축 가속도계. headform 헬멧 조합은 12.7 mm 두께의 하드 고무 모듈 형 엘라스토머 프로그래머 (MEP) 패드로 덮여 강철 모루에 특정 속도로 삭제됩니다. 충돌시에, 순간 가속도가 기록되고, SI의 값이 계산된다. 이러한 SI 값 패스 비교하고 / 주위의 고온의 영향을 포함하여 필요한 충격 위치와 속도 및 두 개의 온도, 다양한 기준을 통해 실패. 미치는 영향에 대한 결과 SI 값이 임계 값을 위반한다면, 헬멧이 시험을 통과하지 않을 것이다.

별도의 표준 시험 방법은 축구 면갑 인증에 사용됩니다. NOCSAE 축구 면갑 표준 구조적 분석뿐만 아니라 면갑, 턱끈의 충격 감쇠 성능을 평가하고, 그 부착 시스템을 포함한다. 각각의 영향을 측정없이 얼굴 접촉없이 나와 함께, 테스트를 통과하는 1,200 SI 이하 여야합니다NOCSAE 표준에 의해 정의 된 임의의 요소의 기계적인 고장. (19)

이 제안 추가 NOCSAE 시험 (리니어 임팩터 (LI))를 면갑와 헬멧을 포함 20이지만 크라운 영향을 인정할 수 없기 때문에 그것은 축구 헬멧 인증에 적합하지 않습니다. 리는 각가속도를 유도하기 위해 선형 베어링에 탑재 된 하이브리드 III 더미 목 구비 한 NOCSAE의 headform에 위치 된 헬멧 영향을 공압 RAM을 사용한다. 이러한 이유로 LI 시험을 추가로 현재 트윈 와이어 NOCSAE 낙하 시험 절차와 시험이 아닌 대체합니다. 20 대신 LI 테스트 (21), 우리는 단순히 현재의 트윈 와이어 낙하 시험 절차에 두개 이상의 시나리오를 추가 제안한다.

축구 헬멧의 인증에 대한 NOCSAE 표준 시험 방법은 현재 여섯 소정의 충격 삶을을 포함TIONS 한 임의의 충격 위치. 소정의 충돌 위치는 다음과 같다 : 프론트 (F), 프론트 보스 (FB)의 측면 (S), 뒤 (R), 후방 보스 (RB) 및 상위 (T)를. 임의의 충돌 위치 시험 헬멧 정의 된 허용 가능한 영향 영역 내의 임의의 지점에서의 영역을 선택할 수있다. 우리의 수정 NOCSAE 드롭 탑 테스트를위한 충격 위치는 프론트 맨 (FT)와 프론트 맨 보스 (FTB) 충격 위치로 선정 된 것과 이전에 정의 된 전면 및 전면 보스 충격 위치를 교체 포함한다. 우리의 전면 상단과 전면의 최고 보스 충격 위치는 낙하 시험에 대한 면갑을 포함 라크로스 헬멧에 대한 NOCSAE 표준의 전면과 오른쪽 전면 보스 충격 위치와 동일합니다. 교체 된 전면 및 전면 보스의 위치를 포함하여 22 헬멧 쉘 충격 위치는,도 1에 도시된다. 또한, 우리의 본 연구의 수정 된 헬멧 시험 방법은 두 면갑 IMPAC를 포함FG 형 전면 및 FG 바닥 선정됐다 t 위치. 두 면갑 영향 위치는 현재 NOCSAE 면갑 인증 절차에 필요한 충격 위치와 동일합니다. 본 연구의 수정 NOCSAE 충격 시험의 팔 충격 위치는 그림 2에 표시됩니다.

그림 1
그림 1 : 축구 헬멧에 대한 대략적인 충격 위치. 여섯 현재 NOCSAE 낙하 시험 헬멧 충격 위치 프론트 (F), 프론트 보스 (FB)의 측면 (S), 탑 (T), 뒤 (R) 및 후방 보스 (RB), 두 제안 충격 위치 요구 , 프론트 맨 (FT) 및 전면의 최고 보스 (FTB). 참고 : 보호 헤드 기어에 대한 NOCSAE 표준 시험 방법은 전면 상단과 전면의 최고 보스 충격 위치를 포함하지 않는 (빨간색 텍스트로 표시)이 연구들은 전면과 전면 보스 충격 위치를 교체합니다. (이미지 NOCSAE의 DOC에서 수정했습니다. 001-13m15b)

그림 2
그림 2 : 팔 충격 위치를 보여주는 NOCSAE 드롭 테스트 설정을 수정. 프론트 맨, 프론트 맨 보스, 사이드, 면갑 (FG) 전면, 후면, 후면 보스, 탑, 그리고 면갑 바닥 (FB). 참고 : NOCSAE 표준은 면갑 첨부 파일을 포함하지 않고, 여기에 전면 상단과 전면의 최고 보스는 표준 전면 및 전면 보스 충격 위치를 교체합니다. (NOCSAE의 DOC에서 수정 된 이미지입니다. 002-11m12) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

NOCSAE 축구 헬멧 표준은 시간과 면갑을 포함하지 않은 반면, 헬멧 디자인은 점진적으로, 지난 10 년간 변경축구 헬멧의 성능 사양을 평가 ELMET. 동안은, 최근에 개정이 패스를 포함하도록 만들어졌다 / 1997 년 이전 1997 년 17 이후 변경되지 않은 가장 낮은 속도에 미치는 영향 (3.46 m / s)로, 일반 패스 / 1,200 SI의 한계를 실패 300 SI의 값을 실패, NOCSAE은 / 기준을 실패 패스 1,500 SI를 사용했다. 호지 슨 등. (1970) (540)의 SI 값이 비 쓰게 사체 충격 시험에서 선형 두개골 골절을 생산하면서보다 큰 1,000 SI 값, 생활에 위험이 있음을 보여 주었다. 23 대부분의 현대 축구 헬멧은 아니지만 SI (540) 아래에 잘 1,200 SI 한계 이하 통과 보여 주었다.

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Protocol

주 : 제시된 시험 방법에 대한 프로토콜 (http://nocsae.org/에서 구입 가능) 다음 NOCSAE 문서를 참조 : NOCSAE DOC.002-13m13 : 18 "새로 제작 풋볼 헬멧을위한 표준 성능 사양". NOCSAE DOC.011-13m14d : 24 "TESTING TO NOCSAE 표준 제품 SAMPLE 선택을위한 제조자 절차 적 GUIDE". NOCSAE DOC.087-12m14 "FOOTBALL FACEGUARDS에 대한 영향 시험 및 성능 요구 사항의 표준 방법"(25). NOCSAE DOC.100-96m14 : 26 "테스트 용 장비 및 충격 시험에 대한 문제 해결 가이드". NOCSAE DOC.101-00m14a : "장비의 교정 절차"(27)

1. 시험 설정

  1. NOCSAE의 DOC의 섹션 15.1에 정의 된 NOCSAE 트윈 와이어 드롭 캐리지 어셈블리를 구축합니다. 001 (18)은도 5에 도시 된 바와 같이. 그 확인어셈블리의 모든 구성 요소가 제대로 부착되어있다.
  2. headform 회 전자 조정에 원하는 위치로 headform 칼라를 맞추어 및 headform 나사 잠금 링을 조여 드롭 캐리지 어셈블리 크기 "큰"NOCSAE의 headform를 연결합니다.
    참고 : headform 새로운 또는 수리의 경우, NOCSAE의 DOC의 5 절을 참조하십시오. (100) (26)
  3. 안전하게 headform의 중심에있는 가속도계 판에 축 가속도계를 부착합니다. 가속도계 판의 구멍에 가속도계의 두 구멍을 일렬로 가속도계 판의 중앙에 가속도계를 놓습니다. 알렌 헤드 드라이버는 모두 나사를 삽입하고 가속도계가 안전하게 가속도계 플레이트에 장착 될 때까지 시계 방향으로 그들을 조여 사용.
  4. 제조자의 규격에 따른 데이터 수집 시스템을 구성. (28)
    1. 터에 연결데이터 수집 어셈블리의 케이블에서 t.
      1. 다음 동축 분배기의 각 출력에 동축 케이블을 연결, 삼원 동축 스플리터에 가속도 센서 케이블을 연결합니다.
      2. 증폭기 모듈의 후방에있는 삼방 동축 채널 (1, 2)에 대한 센서 입력 포트 스플리터, 3의 각 동축 케이블의 자유 단을 연결한다.
      3. 상기 증폭기 모듈 (채널 1, 2, 3) 데이터 수집 시스템 (채널 (1)은 각각 2, 3)의 전면에 입력 커넥션들 중 상기 출력 포트로부터 동축 케이블을 연결한다.
      4. 데이터 수집 시스템의 후면 커넥터에 RS-232 케이블의 분리 끝을 연결합니다.
      5. 개인용 컴퓨터 (PC)의 COM 포트 1에 남아있는 RS-232 케이블을 연결합니다.
    2. 개인용 컴퓨터 (PC) 및 로그인의 전원을 켭니다.
    3. 다운로드 및 컴퓨터로 데이터 수집 시스템 소프트웨어를 설치한다.
    4. 데이터 수집 어셈블리의 전원 :다음 "의"위치로 앰프 토글 스위치를 플립, 전원에 각 구성 요소 120 볼트 콘센트에 연결합니다.
    5. 소프트웨어를 열려면 바탕 화면에있는 데이터 수집 프로그램 아이콘을 두 번 클릭합니다.
    6. 모듈 상태를 확인을 요구하는 프롬프트를 관찰, "예"를 클릭합니다.
    7. 테스트 설정 파일을로드합니다. , "설정"탭을 클릭 "열기"아래로 스크롤 한 후 "테스트 설정"을 선택합니다.
      1. 컴퓨터 디렉토리를 찾아 찾아 "NOCSAE1.TSF"로 표시된 테스트 설정 파일을 선택합니다. "로드"를 클릭합니다.
    8. 가속도계에 대한 센서 정보를 입력합니다.
      1. 활성 모듈에서 채널 3 노란색 센서 입력 아이콘을 클릭합니다.
      2. 은 "CAL 값"텍스트 박스에 Z 축 가속도계에 대한 보정 값 (MV / G)를 삽입한다.
      3. 은 "PREV"버튼을 클릭합니다.
      4. 반복 1.4.8.1 단계 - y 축 가속도계에 대한 1.4.8.3을 (채널 2)와 일에 대한즉 X 축 가속도계 (채널 1).
      5. 센서를 종료 녹색 "반환"아이콘을 클릭합니다.
    9. 녹색 "저장"아이콘을 클릭 한 다음 "NOCSAE - 조브"로 테스트 설정의 이름을 지정합니다.
    10. "저장"을 클릭합니다.

2. 헬멧 준비

  1. 충격 테스트를위한 헬멧 모델을 선택합니다. 헬멧 인증, NOCSAE DOC.011에 따라 테스트를 선택 샘플. 24 시험 표 1 및도 1 및도 2에 도시 된 바와 같이 따른 샘플.
  2. 선택한 각 헬멧 모델에 대한 대응 faceguards을 선택합니다. NOCSAE 표준과는 다른, 같은 헬멧의 기준 면갑와베이스 헬멧 충격 시험을 실시하고 있습니다.
  3. 필립스 헤드 드라이버를 사용하여 안전하게 올바른 면갑 및 테스트를 위해 선택한 각 헬멧에 대한 모든 면갑 특정 하드웨어를 연결합니다. NOCSAE 표준 시험 운전 방식과는 대조적으로D, 부착 faceguards 모든 헬멧을 테스트합니다.
  4. 표 1, NOCSAE의 DOC에 따라 온도의 조건 헬멧. 002 (7) 실험실 환경 또는 환경 챔버에 노출시킴으로써 NOCSAE DOC.087 25. 상온에서 초기 헬멧 낙하 시험을 실시한다.
    1. 테스트에 앞서, 실험실 환경에 적어도 4 시간을 72 ° F, ± 5 ° F (22 ° C, ± 2 ° C)를 선택 헬멧을 이동합니다.
    2. 모든 주위 온도 영향이 수행 된 경우,도 4는 표 1에있어서, 상기 조절 된 온도 헬멧 노출 없지만 24 시간보다 더. (7)
      참고 적어도 두하지만 최고 기록 SI 될 더 개 이상의 충돌 위치는 고온에서 테스트 할 상온 방울 값 없다.

3. 교정

  1. Headform 교정을 수행 각 headform 전에 축 가속도계를 사용하여 테스트를 보정해야합니다, 3 "교정 MEP 패드와 드롭 위치 / 특정 교정 MEP 패드의 연간 NOCSAE 보정 패드 자격 보고서로 식별 속도.
    1. 안전하게 육각 렌치를 사용하여 모루 3 "교정 MEP 패드를 부착합니다.
    2. 연간 NOCSAE 보정 패드 자격 보고서를 사용하여 충격 위치와 대응하는 충격 속도를 선택합니다.
    3. headform 회 전자 어셈블리와 모루 가이드 레일을 사용하여 원하는 충격 방향 (정면, 측면, 또는 위)에 headform와 모루를 조정합니다. 표 1, NOCSAE의 DOC의 부록 2를 참조하십시오. 001, 18 NOCSAE의 DOC. (100) (26)
      1. headform 회 전자 어셈블리에서 테이퍼-LOC 볼트를 제거하고 원하는 위치에 볼트 구멍을 정렬하는 headform 조정의 방향. 삽입 안전하게 FA테이퍼-LOC 볼트 스텐.
      2. headform 나사 잠금 고리를 풀고 원하는 방향으로 headform 코의 위치를 ​​돌립니다. 안전하게 headform 나사 잠금 고리를 조입니다.
      3. 두 개의베이스 플레이트 모루 볼트를 풀고 원하는 충격 위치에 도달 할 때까지 받침대를 밀어 넣습니다. 베이스 플레이트 - 모루 볼트를 조이고 모든 연결이 단단히 고정되어 있는지 확인.
    4. 캐리지 어셈블리를 드롭 방출 시스템을 연결합니다. 릴리스 시스템의 높이로 드롭 캐리지 어셈블리를 들어 올립니다. 다음, "온"위치로 전자 방출 시스템을위한 토글 스위치 플립 드롭 캐리지 어셈블리의 부착 포인트로 방출 시스템을 중심입니다.
    5. 원하는 충격 속도를 달성하기 위해 결정되는 특정 높이에 캐리지 조립체를 올려 놓기. 참고 : 특정 높이 때문에 마찰 변화에 각 시스템에 따라 다를 수 있습니다. 추가의 영향이 올바른 수신 속도가 보장하기 위해 다양한 높이 수행 될 필요가있다chieved.
    6. 이벤트를 기록하기위한 준비, 데이터 수집 시스템 (따른 사양 28 제조).
      1. 테스트 설정 파일을로드합니다. "테스트"탭을 클릭 한 다음 "데이터 수집"을 클릭합니다.
      2. 컴퓨터 디렉토리를 찾아 찾아 "NOCSAE-JoVE.TSF"로 표시된 테스트 설정 파일을 선택합니다. "로드"를 클릭합니다.
      3. "OK"를 클릭합니다.
      4. 테스트 설명 "설명"대화 상자를 입력 한 다음 "탭"키를 누릅니다.
      5. "JoVE1"를 입력, 5 문자 테스트 ID를 입력하고 "계속"을 클릭합니다.
      6. "계속"을 클릭합니다.
      7. 계측 온난화까지를 관찰한다. 카운터가 15 초에 도달하면, "계속"을 클릭합니다.
      8. 자동 가속도계 교정을 수행하는 시스템을 관찰한다. 모든 상자가 녹색으로되면, "계속"을 클릭합니다.
    7. 방출 시스템을 사용하면, 캐리지 assembl 드롭Y 동시에 방출 시스템 전력 제어 박스에있는 두 토글 스위치 젖혀 이벤트를 기록하기위한 데이터 수집 시스템을 발생시킨다.
    8. 계산하고 그 결과 SI 값을 기록한다. 결과는 SI가 2 % ± 1,200 있는지 확인하십시오.
    9. 단계를 반복 3.4.2-3.4.8 결과는 세 가지 필수 충격 위치 각각에 대해 획득 될 때까지.
      참고 : 보정 패드는 NOCSAE에 의해 지정된 실험실에서 매년 시방서를 재승 인해야한다.
  2. 시스템 점검을 수행하고 결과를 유지한다. (제 18 NOCSAE DOC.001 18 참조)

4. 시험 절차

  1. 시스템 점검을 수행하고 결과를 유지한다.
  2. MEP의 테스트 패드 교정에 사용되는 MEP 패드를 교환하십시오.
  3. 선택에 미치는 영향의 위치와 표 1에 따라 테스트 속도.
    참고 : 영향이 가장 낮은 드롭 속도에서 최고에 실시해야합니다. 주위 온도에 영향을 shoul컨디셔닝 영향 전에 실시 될 거라고.
  4. 적절하게도 1 및도 2 (3)의 단계에있어서의 도시 된 바와 같이, 목적하는 충돌 위치를 달성하기 headform 방향과 앤빌의 위치를 조정한다.
  5. 테스트를 위해 헬멧을 선택합니다.
  6. 제대로 지침과 NOCSAE 절차를 피팅 헬멧 제조 업체에 따라 headform 선택한 헬멧을 맞습니다. 조정하고 안전하게 헬멧이 headform에 주문 Chinstrap 연결합니다.
    참고 : 면갑의 추가적인 제약 조건으로 인해, 활석 가루의 광 응용 프로그램은 headform에 헬멧의 피팅에 도움이된다.
  7. 캐리지 어셈블리를 떨어 뜨리는 기계 방출 시스템을 연결합니다.
  8. 원하는 충격 속도를 달성하기 위해 결정되는 특정 높이에 캐리지 조립체를 올려 놓기.
  9. 이벤트를 기록하기위한 준비가되어있는 데이터 수집 시스템. 반복 3.4.8을 통해 3.4.1 단계를 반복합니다.
  10. CARRI 드롭 기계 릴리스 시스템을 사용하여나이 조립체 동시에 이벤트를 기록하기 위해 데이터 수집 시스템을 발생시킨다.
  11. 즉시 충격 후, 기록 SI, HIC, 피크 가속 결과.
  12. 통과 기록 된 결과를 비교 / 기준을 실패합니다. NOCSAE 표준과는 다른, / 패스를 설정 모두 5.46, 4.88 700 SI의 값을 실패하고, 4.23 m / sec의 영향. 모든 3.46 m / sec의 영향 300 SI의 기준 합격 / 불합격을 유지한다.
  13. 결과가 필요한 모든 영향을 얻어 될 때까지 반복 4.3-4.11 단계를 반복합니다.
    참고 : headform 방향과 모루 위치를 변경하기 전에 주어진 충격 위치에 대한 모든 헬멧을 테스트하기 위해 허용됩니다.
  14. 테스트 완료시 시스템 점검을 수행하고 결과를 유지한다.
  15. 데이터 유효성 검사 : 사전 테스트와 사후 테스트 시스템 검사를 비교하고 어떤 변화가 7 % 이하인지 확인하십시오.

그림 1
1 번 테이블:드롭 속도 (m / 초) 및 충격 위치하여 필요에 미치는 영향을 보여주는 축구 헬멧 낙하 시험 행렬. (NOCSAE의 DOC에서 수정 표. 002-13m13) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Representative Results

이 방법에 대한 결과의 상세한 정량적 분석은 러쉬 등의 알에 의해 발표되었다. 결과의 개요와 결합 면갑 - 쉘 헬멧 테스트 방법의 관련 효과는 롤링스 양자 플러스, 리들 (360), SCHUTT 이온 4D 및 예로서 Xenith의 X2 헬멧을 사용하여 낙하 시험 결과에 표시됩니다 (제출). faceguards는 다른 결과를 표시와 함께 (크기 "큰"의)이 헬멧의 각각은 faceguards없이 헬멧에 비해. 그림 3은 비교적와 5.46 m / s의의 충돌 속도의 프론트 맨, 프론트 맨 보스, 탑, 측면, 후면, 및 후면 보스 충격 위치의 면갑없이 각각의 예를 헬멧의 SI 값을 나타내는. 이러한 세 개의 연속 충격 (90 ± 15 초)마다 평균 SI 값이 잘 NOCSAE 1200 SI 임계치 아래 인 동안, 각각의 투구시 F 고유 위치 의존성 응답을 표시aceguard 부착했다. 표 2는 추가에 대한 평균 차이 루트가 머리 부상 기준 (HIC), 심각도 지수 (SI)에 대한 오류 (RSE)를 제곱으로 (MD), 피크 결과 가속도 (G의) 값을 표시하여이 같은 충격 시험의 중요성을 설명 및 면갑 구성하지 않고. 여기서, 분산 분석에 의해 최소 제곱 회귀와 테스트 중에 부착 faceguards없이 헬멧 유의 한 차이 (p <0.05)를 보여주는 P 값 계산을 위해 사용 하였다. faceguards 이들 헬멧 예에 첨가 될 때 HIC, SI 및 G 피크의 변화뿐만 아니라, 임펄스 응답의 차이가 관찰되었다. 그림 4 디스플레이는 각각의 측정 축 (X, Y 및 Z)에 대한 가속도 - 시간 이력 프로파일의 차이를 보여 면갑와 4.88 m / s로 면갑없이 Xenith X2 헬멧의 테스트 결과를 놓습니다. 또한 결과는 헬멧 타입에 크게 의존하는 것을 관찰 하였다 임팩트 locat입니다이온 및 충돌 속도.

그림 3
그림 3 : 테스트를 삭제합니다. 롤링스 양자 플러스, 리들 (360), SCHUTT 이온 4D 및 Xenith X2 초당 5.46 미터 헬멧의 대표적인 낙하 시험 결과; 표준 오차와 헬멧 구성 (/ FG 승) 면갑 면갑없이 (NOCSAE 표준)과 함께 충돌 위치에 따라 심각도 지수 (SI)를 표시합니다. 참고 : FG 전면 및 FG 바닥 직접 면갑에 미치는 영향이 표시되지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
그림 4 : NOCSAE 낙하 시험. 4.88 m / s의에서 면갑 면갑와없는 Xenith의 X2 헬멧 (상위)의 결과, 쇼각 측정 축 (X, Y 및 Z)에 대한 가속도 시간 이력 프로파일의 차이를 보내고. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
표 2 : 대표 낙하 시험. 5.46 m / s의 롤링스 양자 플러스, 리들 (360), SCHUTT 이온 4D 및 Xenith X2 헬멧의 결과. 평균 차이 머리 부상 기준에 (MD) (HIC), 심각도 지수 (SI), 피크 결과 가속도를 표시 (G의) 값 (와 프론트 맨 (FT), 프론트 맨 보스 (FTB), 탑에서 면갑 구성없이 T), 측면 (S), 후면 (R), 및 후면 보스 (RB) 충격 위치. 참고 : 표시 값은 평균의 차이를 나타내고 루트 간격을 90 ± 세 개의 연속적인 영향에 대한 면갑 구성하지 않고에 관련하여 오류 (RSE)를 제곱15 초. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
그림 5 : 트윈 와이어 낙하 시험 장비의 개략도. 회로도는 점안 제약과 기계 조립의 각 구성 요소를 보여줍니다. 각 구성 요소는 다수의 재료의 목록에서 식별 된 일부 정보에 대응하여 표시된다. 재료의 목록을 참조하십시오. (NOCSAE DOC. 001-13m15b에서 이미지) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

부부가 축구 헬멧과 면갑 드롭 충격 시험을 NOCSAE보고 된 방법론은 현대 축구 헬멧의 더 나은 성능 특성을 평가하기 위해 독특한 기술을 제공합니다. 현대 풋볼 헬멧이 더 나은 성능 특성을 평가하기위한 가장 중요한 단계들은 다음과 같다 : 1)로 정확하게 기계적 테스트 장치를 설정하는 단계; 2) 정확하게 교정 절차를 수행; 3) 제대로 headform에 헬멧 / 면갑를 부착.

이 방법론은 적절한 테스트 설정 및 교정 절차가 필요합니다. 의한 고분자 재료의 기공을 포함하는 제조 공정의 한계 각에 NOCSAE headform 간의 고유 변동이있다. NOCSAE 사용하여 headform 교정 절차 및 매년 재 인증 교정 MEP 패드를 통해 정상화 프로세스에 의해이 독특한 변화를 억제한다. 따라서, 추가적인 변동 ENS에 의해 도입되지 않는 것이 더욱 중요기계적 테스트 어셈블리가 적절하고 안전하게 유지 uring. 테스트 전에 나사 headform 칼라와 headform 회 드롭 캐리지 볼트를 확인하고 확실하게 조여 중요하다. 헬멧 - headform 위치 및 턱끈에 맞는 모든 낙하 시험하기 전에 확인해야합니다. 영향 동안, 헬멧 허용되는 시프트 수 있지만 조정해야 할 수도 있습니다.

설치 및 교정 절차 테스트뿐만 아니라, 충격 시험은 적절한 헬멧 제조를 필요로한다. 면갑 선택과 헬멧의 올바른 부착 /를 headform에 면갑은 시험 절차의 중요한 부분입니다. 일반 헬멧 테스트를 위해 기준 면갑 모델을 선택해야 안전하게 모든 면갑 특정 하드웨어 부착. 일반적으로 기준 면갑은 키커 스타일 faceguards 포함하지 않는 얼굴 보호의 최소한을 제공 한 것으로 정의된다. 때문에 현대 헬멧 디자인의 변화와 추가 constrai에면갑 구성 요소의 국세청은 추가 절차는 적절한 헬멧 headform 첨부 필요할 수 있습니다. 일반적으로, faceguards는 안전하게 headform에 삽입되기 전에 헬멧에 부착해야한다. 일부 헬멧은 헬멧 headform 삽입에 고정 헬멧에 면갑의 부분 첨부 파일을 필요로 할 수있다. headform에 활석 가루의 빛이 응용 프로그램은 헬멧 부착에 도움이된다. 다른 문제 해결을위한 테스트 장비 및 충격 시험 (ND.087-12m14)의 NOCSAE 문제 해결 안내서를 참조하십시오.

순서 NOCSAE 표준 충격 위치의 시험 절차에 필요한 수정, 테스트 기간 동안 면갑의 추가를 고려합니다. 본 드롭 탑 테스트를위한 충격 위치는 면갑 전면 및 면갑 아래 위치의 전면 상단과 전면의 최고 보스 충격 위치 및 포함와 NOCSAE 표준 전면 및 전면 보스의 교체를 포함한다. 그림 3은 SI의 레프을 보여줍니다두 개의 새로운 제안 포함 해 다른 충격 위치에서 ELS. 예를 들어,도 3에 도시 리들 데이터는 두 개의 새 위치는 이들 두 개의 새로운 테스트는 NOCSAE 인증을 요구하지 않았기 때문에 다르게 공지되지 않았을 큰 SI 레벨을 발생 시점을 나타낸다. 초기 테스트들은 면갑보다는 헬멧 쉘에 영향을 미칠 것이기 때문에 전면 상단과 전면 보스가 더 적합 영향 사이트가 있다고 결정했다. 이 사이트는 여전히 면갑 구성 요소의 제약을 포함하는 동안 직접 쉘 라이너 영향을 허용함으로써보다 현실적인 것입니다. 직접 면갑에 미치는 영향은 NOCSAE 축구 면갑 인증 시험에 대한 규정 충격 위치와 동일했던 면갑 전면 및 면갑 하단 영향을 포함함으로써 달성되었다. 통일 축구 헬멧과 면갑 드롭 테스트 절차에 허용되는이 두 가지 영향의 포함. 이 면갑에 미치는 영향은 교환 요구표 1에 묘사로 면갑의 MEP 및 환경과 조화 절차와 테스트 MEP의.

대표 낙하 시험 결과 축구 헬멧 faceguards 테스트 중에 첨부해야 함을 보여줍니다. 비교 낙하 시험 결과는 면갑은 총 에너지의 흡수를 감소시킨다 쉘에 보강 운동 제한 조건을 추가하는 것으로 나타났습니다. 그림 3표 2는 (면갑없이) NOCSAE 표준의 헬멧 충격 위치에 걸쳐 SI 수준의 차이와 면갑 구성으로 수정했습니다. 현재 NOCSAE 시험 방법에 비해, 부착 면갑 테스트 축구 헬멧은 충격 위치에 따라 다를 수 있습니다 헬멧 유형에 따라 달라집니다 독특한 답변을 보여줍니다. 이러한 반응의 차이는 테스트중인 헬멧의 독특한 디자인 기능에 의존있는 쉘 - 면갑 커플 링에인가 될 수있다. Rawlin이 헬멧은 헬멧 기술의 최신 혁신의 일부를 특징으로 GS 양자 플러스, 리들 (360)는, SCHUTT 이온 4D 및 Xenith X2 헬멧, 대표적인 결과를 사용 하였다. 이 헬멧은 각각 faceguards, 면갑 부착 시스템, 턱끈 부착 시스템 및 라이너 시스템을 포함한 고유의 디자인 특징에 의해 크게 다릅니다. 표 2에 표시된 바와 같이, 이러한 대표적인 결과 상당한 변화 HIC, SI에서 (P <0.05), 헬멧 형, 충격 위치와 면갑 구성에 따라 달라집니다 피크 가속도 값을 보여줍니다. 또한, 가속 시간 이력 프로파일의 차이가 관찰되었다. 이러한 반응의 예는 4.88 m / sec의 상위 영향에 Xenith X2 헬멧의 3 축 가속도 응답 (X를 들어, Y 및 Z 축)는 X 축 가속도 40 G 딥 표시도 4에서 알 수있는 면갑가 연결되지 않았을 때. 때문에 추가적인 제약 조건이면갑이 쉘에 부착 될 때 면갑은 헬멧 쉘에 제공, 가속 딥 같은 영향에 대한 존재하지 않았다. 면갑가 포함되지 않은 경우에 구체적으로는, 충격 점 근처 카보네이트 쉘은 더 휘어 수 있고 따라서 더 많은 에너지를 흡수한다. 면갑 포함되었을 때, 폴리 카보네이트 쉘만큼 구부려서 없다. 충격 시험시 면갑의 포함은보다 정확하게에 필드 하중 조건을 모방하기위한 것입니다.

제안 된 시험 방법은 현재 NOCSAE 표준에 비하여 더 엄격한 인증 제한을 사용한다. 모든 5.46, 4.88 및 4.23 m / s의 영향에 대한 우리의 제안 시험 방법에서 우리는 NOCSAE위원회는 호지 슨 등을 기반으로 새 안전 낮은 SI 수준을 만드는 것이 좋습니다. (1970) 일.

어느 하나의 영향에 대한 결과 SI 값이 각각의 임계 값보다 큰 경우, 테스트가 실패한 것으로 결정된다. 대표 입술ULTS (그림 3) SI가 5.46 m의 값 있음 / s의 본 연구에서 테스트 한 모든 헬멧은 충격에 대한 기준을 실패 현재 1,200 SI NOCSAE보다 잘 / 패스 가을을 보여줍니다. HIC 피크 결과 가속의 추가 피해 통계는 표 2에 포함되어, 아직 인증 기준은 이러한 측정 항목에 기재되지 않았다. 미래 헬멧 인증 한계 여러 부상 메트릭 패스의 고용을 조사해야 / 기준을 실패합니다.

개선 된 헬멧 테스트 표준의 최종 요소는 플레이어가 투구 선택에 정보통 결정을 내릴 수있게하는 방식으로 표준 시험 결과를 공개하는 것이다. 축구 헬멧 / 면갑 조합을 선택할 때 많은 플레이어를 들어, 외관은 종종 가장 중요한 요소이다. 무거운 그릴 형 면갑은 이런 이유로 아마 축구 필드에 오늘을 보이면서되고있다. 이러한 무거운 faceguards는 선수 헤드의 무게 중심을 이동하고 엑스트라 m 추가헬멧에 미치는 영향에 경사 헬멧 동안 더 해로운 토크를 유도 oment 팔. 따라서, 헬멧 이러한 faceguards 무거운 헬멧의 성능에 미치는 영향을 알 플레이어 시스 반응을 이해할 더욱 중요하다. 미래 헬멧 인증은 크기와 면갑 별 헬멧 테스트 결과를 표시 제조 업체를 필요로한다.

이러한보고 된 시험 방법은 현재와 미래의 축구 헬멧 시스템의 더 나은 성능 특성을 평가할 수있는 능력을 허용하는 효율적인 솔루션의 역할을한다. 여기서 정의 된 시험 방법은 본질적으로 선형 가속도 기반 손상 기준을 모자의 성능 테스트를 제한 전류 NOCSAE 트윈 와이어 낙하 시험 절차로 변경하기위한 것이다. 현재 사용하기에 용이하게 사용할 수 있지만, 본 트윈 와이어 시험 장치는 각 가속도를 측정 할 수 없다. 기존의 방법에 비해,이 축구 헬멧 시험 방법보다 ACCURA 제공보고헬멧의 성능에 필드에 미치는 영향을 완화 할 수있는 능력의 테 표현입니다.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
PCB Triaxial Accelerometers PCB Model 353B17
TDAS2 Data Acqusition System Diversified Technical Systems, Inc.  TDAS2 Or an equivalent Data Acquisition System
Current Source (Amplifier)  Dytran Instruments, Inc. 4114B1 Or equivalent
Velocity gate and flag CADEX SB203 Or an equivalent velocimeter
Selected Football Helmet(s)/faceguard assem. including chinstrap and faceguard hardware
Height Gauge
Torque wrench Snap-on QD21000 range to 200 in/lb minimum, 5% accuracy
Twin-wire Guide Assembly
Drop Carriage  SIRC 1001
1/2" MEP Testing Pad SIRC 1006
1/8" Faceguard Testing Pad SIRC 1007
3" MEP Calibration Pad SIRC 1005 Including Annual NOCSAE Calibration Pad Qualification Report
3/8" Hook-eye Turnbuckle SIRC 1043 Forged Steel with a 6" take-up
1/8" Wire Rope Thimble  SIRC 1044
1/8" Spring Music Wire  SIRC 1045
1/8" Wire Rope, Tiller Rope Clamp, Bronze  SIRC 1046
3/8" 16 x 3“ Eye Bolt  SIRC 1041
3/8" Forged Eye Bolt SIRC 1040
Right Angle DC Hoist Motor  SIRC 2000
Single Groove Sheave (Pulley), 3 ¾"  SIRC 2002
Top Mount Plate SIRC 2003
18" Top Channel Bracket  SIRC 2004
Wall Mount Channel Bracket, 4' x 1 5/8"  SIRC 2005
Mechanical Release System  SIRC 2006
Lift Cable, Wire Rope, 20' Coil  SIRC 2007
Anvil Base Plate  SIRC 2010
Anvil  SIRC 2011
Headform Adjuster  SIRC 2012
Headform Rotator Stem SIRC 2013
Headform Threaded Lock ring SIRC 2016
 Headform Collar  SIRC 2014
Nylon Bushing  SIRC 1803
Small Headform  SIRC 1100
Medium Headform  SIRC 1101
Large Headform SIRC 1102
Taper-Loc Bolt
DC Motor Speed Controller (Reversible)  SIRC 2001

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References

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