Модель головы человека биомеханическая

Полезная модель относится к области физики, а именно к устройствам для исследования последствий ударного воздействия на голову человека и может быть использована для оценки качества и эффективности разрабатываемых защитных шлемов, предназначенных для защиты головы человека. В основу полезной модели положена задача создания модели головы человека биомеханической, в которой за счет применения в модели шейного отдела амортизаторов с регулировкой амортизации возможно исследование травматического воздействия на людей с различными типами телосложения, а за счет использования датчика-акселерометра возможны исследование и фиксация направления травмирующего воздействия. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в модели головы человека биомеханической, состоящей из имитатора черепной коробки в виде эллипсоидальной оболочки, датчика и регистрирующей аппаратуры, а также имитатора шейного отдела, закрепленного на неподвижном основании, имитатор шеи выполнен из сборной план-шайбы, выполненной с возможностью жесткого закрепления; шаровой опоры, имитирующей шейный позвонок; четырех амортизаторов с регулировкой амортизации, имитирующих мышечный каркас шеи человека, в центре масс головы установлен датчик, в качестве которого выбран акселерометр. 1 н.п.ф, 2 илл.

Полезная модель относится к области физики, а именно к устройствам для исследования последствий ударного воздействия на голову человека и может быть использована для оценки качества и эффективности разрабатываемых защитных шлемов, предназначенных для защиты головы человека.

Известна модель головы для оценки защитных свойств шлемов, выполненная в соответствии с антропометрическими параметрами головы человека, состоящая из основания, жестко закрепленного на опоре стенда, и укрепленной на нем верхней съемной части, изготовленной из пластичного материала, имеющего заданную энергоемкость деформации единицы объема, причем верхняя съемная часть может смещаться относительно опоры стенда в горизонтальной плоскости, в которой верхняя съемная часть имеет пазы, а основание - направляющие, размеры которых соответствуют размерам пазов верхней части (патент РФ 2239877, G09B 23/30, опубл. 10.11.2004).

Недостатком этой модели является то, что в ней не учтено амортизирующее действие моделирование шейного отдела позвоночника, и поэтому невозможна объективная оценка ударного воздействия на голову человека.

Наиболее близким к предлагаемому является решение, в котором модель головы человека биомеханическая, состоящая из имитатора черепной коробки в виде эллипсоидальной оболочки, датчика и регистрирующей аппаратуры, снабжена маской, имитирующей по антропометрическим параметрам, плотности и механическим свойствам кожные покровы головы и шеи человека, имитатором шейного отдела позвоночника, выполненным в виде чередующихся формоустойчивых и упругих колец, имитирующих соответственно позвонки и межпозвонковые диски, и неподвижным основанием, на котором закреплен имитатор шейного отдела позвоночника, при этом имитатор черепной коробки, в геометрическом центре которого размещен датчик давления, выполнен в виде герметичной эллипсоидальной оболочки, заполненной жидкой субстанцией, соответствующей по плотности и вязкости веществу головного мозга, оба имитатора размещены в маске и соединены между собой и неподвижным основанием соединительным элементом, на который нанизаны чередующиеся формоустойчивые и упругие кольца и который фиксируется на неподвижном основании регулировочным винтом, причем вокруг имитатора шейного отдела позвоночника имеется свободный объем, а оставшийся свободный объем маски заполнен формообразующей субстанцией (патент РФ на ПМ 7537, G09B 23/30, опубл. 16.08.1998).

Недостатком этой модели является то, что невозможно моделирование различных типов человеческого телосложения и то, что она сложна при выполнении.

В основу полезной модели положена задача создания модели головы человека биомеханической, в которой за счет применения в модели шейного отдела амортизаторов с регулировкой амортизации возможно исследование травматического воздействия на людей с различными типами телосложения, а за счет использования датчика-акселерометра возможны исследование и фиксация направления травмирующего воздействия.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в модели головы человека биомеханической, состоящей из имитатора черепной коробки в виде эллипсоидальной оболочки, датчика и регистрирующей аппаратуры, а также имитатора шейного отдела, закрепленного на неподвижном основании, имитатор шеи выполнен из сборной план-шайбы, выполненной с возможностью жесткого закрепления; шаровой опоры, имитирующей шейный позвонок; четырех амортизаторов с регулировкой амортизации, имитирующих мышечный каркас шеи человека, в центре масс головы установлен датчик, в качестве которого выбран акселерометр.

Применение четырех амортизаторов с регулировкой амортизации обеспечивает возможность моделирования травматического воздействия на людей с различными типами телосложения. Использование датчика-акселерометра обеспечивает возможность исследования и фиксации направления травмирующего воздействия.

Полезная модель поясняется фиг.1, на которой приведена модель головы человека биомеханическая. На фиг.2 приведен имитатор шеи.

Стенд представляет собой стеклопластиковую модель головы, заполненную смолой. Масса модели головы составляет 6.5 кг, что подобно массе головы человека. В полость модели головы снизу вставлен алюминиевый держатель 1 с датчиком 2 таким образом, чтобы датчик 2 находился в центре масс головы. Датчик 2 зафиксирован в держателе 1 резьбовым соединением. Кабель 3 от датчика 2 выведен снизу через технологическое отверстие. Сама модель головы закреплена на фланце 4 с держателем датчика 2 и соединена с имитатором шеи 5.

Имитатор шеи 5 состоит из сборной план-шайбы 6, являющейся основанием стенда; шаровой опоры 7, имитирующей шейный позвонок; четырех амортизаторов 8 с регулировкой амортизации, имитирующих мышечный каркас шеи человека. Датчик 2 (акселерометр) закрепляется на алюминиевом держателе 1 при помощи резьбового соединения. На план-шайбе промежуточной 9 (фиг.2) размещены группа из 4-х отверстий 10 для установки амортизаторов 8.

Полезная модель работает следующим образом. При воздействии на голову колебания передаются на фланец 4 и на шаровую опору 7. Вращаясь вокруг шаровой опоры 7, фланец 4 отклоняется от горизонтали, воздействуя на амортизаторы 8, установленные на план-шайбе 6. Под воздействием амортизаторов 8 сборки возвращаются в исходное положение. При необходимости возможна корректировка усилий амортизаторов 8 и регулировка величины хода штока амортизатора 8 (с предварительным поджатием пружины или без нее). При установке амортизаторов 8 в отверстия 10 на план-шайбу промежуточную 9 плечо воздействия на амортизатор увеличивается на 10 мм, что обеспечивает дополнительную регулировку усилий поджатий и углов колебаний конструкции.

Входное ударное воздействие воспринимается моделью головы (защищенной ИСЗ или открытой в зависимости от программы испытаний) и передается на установленный в центре масс модели датчик 2.

В основе действия измерительной части стенда лежит физический принцип преобразования измеряемого параметра в электрический сигнал с последующим его усилением и регистрацией в функции времени.

После регистрации зарегистрированного сигнала производится его исследование и обработка, либо проводится критерийный анализ ударного воздействия средствами ПО «Helmet», входящими в состав комплекса.

Проведение испытаний и измерений выполняется, как правило, на испытательной площадке (стрелковом тире), регистрация и обработка результатов - в лабораторном помещении.

Модель головы человека биомеханическая, состоящая из имитатора черепной коробки в виде эллипсоидальной оболочки, датчика и регистрирующей аппаратуры, а также имитатора шейного отдела, закрепленного на неподвижном основании, отличающаяся тем, что имитатор шеи выполнен из сборной план-шайбы, выполненной с возможностью жесткого закрепления; шаровой опоры, имитирующей шейный позвонок; четырех амортизаторов с регулировкой амортизации, имитирующих мышечный каркас шеи человека, в центре масс головы установлен датчик, в качестве которого выбран акселерометр.