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Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines numerischen Modells des menschlichen knöchernen Thorax, das insbesondere altersabhängige geometrische Faktoren berücksichtigt. Dieses Modell soll sowohl die männliche als auch die weibliche Population der über 64-Jährigen repräsentieren und eine an diese Altersgruppe angepasste Verletzungssimulation ermöglichen. Die vorliegende Studie identifiziert zunächst an Hand eines Kollektivs aus 126 postmortem und 40 klinischen computertomografischen Schnittbildaufnahmen eine ganze Reihe geometrischer Parameter, die sich mit dem Alter verändern. Zu den untersuchten Parametern gehören sowohl Winkel der Rippen im Raum und innerhalb des Rippenbogens, eine detaillierte Erfassung von Parametern der einzelnen Rippe (Querschnittsfläche, Krümmung, Longitudinale Verdrillung), Parameter der Wirbelsäule als Ganzes (Skoliose, Kyphose, Rotation) und einzelner Wirbel sowie des Brustbeins. Weiterhin wurden die Grundmasse des ganzen Thorax (Thoraxtiefe, Thoraxbreite) untersucht. Die hier gefundenen Altersabhängigkeiten dienten als Eingabeparameter zur Erstellung von insgesamt neun aus dem Menschmodell THUMS 3 gemorphter alter und junger Finite-Elemente Thoraxmodelle. Implementiert wurden hierbei sowohl Durchschnittsmaße als auch extreme Maße. Die Ergebnisse zeigen mehrere sich im Alter signifikant verändernde Parameter. Als wichtigste unter ihnen sind eine Zunahme der Thoraxtiefe und Thoraxbreite im Alter, die signifikante Veränderung einiger Rippenwinkel im Raum sowie der Krümmung der sechsten und siebten Rippe zu nennen. Zudem wird die Wirbelsäulenform kyphotischer und das Sternum am Übergang zwischen Manubrium und Corpus sternii gewinkelter. Die Menschmodelle THUMS 3, THUMS 4 und HUMOS 2 sind weder als typisch alt, noch typisch jung einzuordnen, dies unterscheidet sich teils von Parameter zu Parameter. Die auf Basis der Geometrie-Inputdaten durchgeführten Finite-Elemente Simulationen zeigen einen deutlichen Einfluss der zunehmenden Thoraxtiefe im Alter auf die posteriore Kraft an der Auflagefläche der Rippen sowie die Spannungsverteilung entlang der Rippen. Sie wirkt sich jedoch entgegen der Erwartungen protektiv aus und dominiert andere Faktoren wie die unterschiedlichen Rippenwinkel. Abschließend betrachtet wird ein Menschmodell, welches das 75. Perzentil der alten Bevölkerung repräsentiert, als ausreichend aussagekräftig hinsichtlich der im Alter veränderten Geometrie klassifiziert und gleichzeitig als mit angemessenem Aufwand realisierbar angesehen. Es wird daher für die Bewertung von Sicherheitssystemen empfohlen.
Real world accident reconstruction with the Total Human Model for Safety (THUMS) in Pam-Crash
(2013)
Further improvement of vehicle safety needs detailed analysis of real world accidents. According to GIDAS (German In-Depth Accident Study) most car to car front accidents occur at mid-crash severity. In this range thoracic injuries already occur. In this study a real world frontal crash with mid-crash severity out of the AARU database was reconstructed. The selected car to car accident was reconstructed by AARU by means of pc-crash software in order to get the initial dynamic accident conditions. These initial conditions were used to reconstruct the complete accident in more detail using FE models for the car structure and the occupants. Occupant simulations were performed with FE HIII-dummy models and the THUMS using Pam-Crash code. An initial THUMS validation was performed in order to verify the model-´s biofidelity by means of table-top test simulations. THUMS bone stiffness values were modified to match the real word occupant age. A comparison between driver and passenger restraint system loading was done, as well as an injury prediction comparison between the HIII-dummy model and THUMS response for both cases. Detailed comparison between the HIII-dummy models and THUMS regarding thoracic loading are discussed.
One main objective of the EU-Project SENIORS is to provide improved methods to assess thoracic injury risk to elderly occupants. In contribution to this task paired simulations with a THOR dummy model and human body model will be used to develop improved thoracic injury risk functions. The simulation results can provide data for injury criteria development in chest loading conditions that are underrepresented in PMHS test data sets that currently proposed risk functions are based on. To support this approach a new simplified generic but representative sled test fixture and CAE model for testing and simulation were developed. The parameter definition and evaluation of this sled test fixture and model is presented in this paper. The justification and definition of requirements for this test set-up was based on experience from earlier studies. Simple test fixtures like the gold standard sled fixture are easy to build and also to model in CAE, but provide too severe belt-only loading. On the other hand a vehicle buck including production components like airbag and seat is more representative, but difficult to model and to be replicated at a different laboratory. Furthermore some components might not be available for physical tests at later stage. The basis of the SENIORS generic sled test set-up is the gold standard fixture with a cable seat back and foot rest. No knee restraint was used. The seat pan design was modified including a seat ramp. The three-point belt system had a generic adjustable load limiter. A pre-inflated driver airbag assembly was developed for the test fixture. Results of THOR test and simulations in different configurations will be presented. The configurations include different deceleration pulses. Further parameter variations are related to the restraint system including belt geometry and load limiter levels. Additionally different settings of the generic airbag were evaluated. The test set-up was evaluated and optimized in tests with the THOR-M dummy in different test configurations. Belt restraint parameters like D-ring position and load limiter setting were modified to provide moderate chest loading to the occupant. This resulted in dummy readings more representative of the loading in a contemporary vehicle than most available PMHS sled tests reported in the literature. However, to achieve a loading configuration that exposes the occupant to even less severe loading comparable to modern vehicle restraints it might be necessary to further modify the test set-up. The new generic sled test set-up and a corresponding CAE model were developed and applied in tests and simulations with THOR. Within the SENIORS project with this test set-up also volunteer and PMHS as well as HBM simulations are performed, which will be reported in other publications. The test environment can contribute in future studies to the assessment of existing and new frontal impact dummies as well as dummy improvements and related instrumentation. The test set-up and model could also serve as a new standard test environment for PMHS and volunteer tests as well as HBM simulations.