佩戴头盔时头颈对-Gx加速度的动力学响应

Dynamics response of head and neck to -Gx acceleration when wearing helmet

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摘要目的模拟-Gx作用下头颈的运动,并进行力学测量,对-Gx冲击加速度作用下佩戴头盔时头颈的动力学响应和头盔的稳定性进行评价.方法设计了一个由HYBRID III假人头颈组成的头型摆.头型摆向前运动,颈下端的碰撞体与波形发生器碰撞.测量碰撞加速度、头部响应加速度、颈下端的力和力矩以及头盔位移.比较假人头型佩戴头盔与佩戴瞄准具头盔两种状态下头颈动力学响应和头盔位移的差异.结果试验中,假人头型的头部和颈下端的力、力矩对碰撞加速度的作用时间大幅延长.佩戴头盔时,-Gx冲击加速度峰值(6.82±0.27)G、脉宽(42.63±1.04)ms,头部响应加速度峰值(5.66±0.16)G、脉宽(173.91±2.31)ms,颈下端力和力矩的峰值、脉宽分别(390.37±10.98)N、(183.51±6.26)ms和(79.64±2.70)N·m、(164.17±1.53)ms,头盔相对头型的角位移和线位移分别为(13.16° ±4.61°)和(21.51±10.58)mm.佩戴头盔与佩戴瞄准具头盔两种状态,头部响应加速度、颈下端力和力矩的脉宽差异有统计学意义(t=12.947、3.105、17.871,P<0.05),佩戴瞄准具头盔的位移增大.无论是佩戴头盔还是佩戴瞄准具头盔,碰撞加速度与头部响应加速度的峰值和脉宽差异均有统计学意义(t=20.48~485.26,P<0.01).结论头型摆的冲击试验方法基本反映了-Gx作用下人体头颈的运动和受力,研究结果对-Gx作用下佩戴头盔时头颈的安全和头盔的稳定性评价有重要意义.