12593

12593

تحليل اثر ضربه ناشي از بارهاي خارجي بر بدن انسان واقع بر روي بستر ويسكوالاستيك با استفاده از مدل المان محدود

كارشناسي ارشد

مكانيك - بيو مكانيك

اسفند 1392

اسفند 1392

دكتر ملاك زاده

چكيده در سال¬هاي اخير، مدلسازي¬هاي گسترده¬اي در راستاي بررسي و تحقيق در زمينه نيروهاي وارد بر انسان در حين انجام فعاليت¬هاي مختلف، صورت گرفته است. براي بررسي نيروهاي ارتعاشي و انواع ضربه¬ها نيز روش¬هاي متنوعي مورد استفاده قرار گرفته¬اند كه يكي از اين روش¬ها، روش المان محدود است. محققان با استفاده از اين روش در كنار روش¬هاي ديگر، توانسته¬اند به محاسبه¬ي كميت¬هاي مختلف و بررسي آسيب¬هاي وارده بر انسان در شرايط مختلف ارتعاشي بپردازند و طراحي وسايل مختلفي را كه انسان در طي زندگي روزمره از آنها استفاده مي¬كند، اصلاح كند. آنچه در اين پايان¬نامه آمده است، تجزيه و تحليل نحوه¬ي حركت بدن انسان در اثر وارد آمدن ضربه به آن مي¬باشد. نيروها از طريق بستر ويسكوالاستيك به مدل منتقل مي¬شوند. در اين راستا، فوم پلي¬اورتان بعنوان بستر در نظر گرفته شده است، كه امروزه در صنايع مختلف صندلي¬سازي مورد استفاده قرار مي¬گيرد. از سويي ديگر، بيشتر مطالعاتي كه تاكنون انجام پذيرفته است، مربوط به بررسي فرد در حالت نشسته مي¬باشد. لذا، با توجه به كمبود تحقيقات در زمينه بررسي نيروهاي وارده بر فرد در حالت خوابيده، از اين حالت براي مدلسازي استفاده شده است. از نتايج اين بررسي مي¬توان در طراحي نشيمن¬گاه براي فضاپيماها و ديگر وسايل فضانوردي و هوانوردي استفاده نمود كه در آن كاربر دستگاه در حالت خوابيده به انجام وظيفه مي¬پردازد. براي مدلسازي بدن انسان، از مدلهاي المان محدود كه آدمك¬هاي تست تصادف را شبيه-سازي مي¬كنند، استفاده شده است. مزيت استفاده از اين مدل¬ها، آن است كه اين آدمك¬ها در طي طراحي¬هاي گوناگون، به بدن انسان شبيه شده¬اند و ساخت مدل المان محدود از آنها توانسته است جزييات مناسبي را از بدن انسان نمايش دهد. با توجه به تحقيقاتي كه با استفاده از همين مدل¬ها در زمينه¬هاي مختلف انجام پذيرفته است، مي¬توان از صحت و دقت آنها اطمينان حاصل كرد. براي صحه گذاري مدل ارائه شده، مقايسه¬اي بين نتايج حاصله با موارد مشابه بدست آمده از روش مدلسازي چند عضوي انجام پذيرفت. بدين ترتيب كه براي حركت اعضاي مختلف، از معادلات حركتي استفاده شد و با وارد كردن اطلاعات وزني و ابعادي آدمك در يك مدل چند عضوي موجود، مقايسه¬اي بين نتايج حاصله از مدل المان محدود و مدل چند جسمي در حالتي كه تنها اثر گرانش بر روي مدلها اثر مي گذارد، صورت گرفت. در انتهاي اين پايان¬نامه، نتايج حالات مختلف نيز مورد بررسي و تحليل قرار گرفت. از جمله حالاتي كه براي اين امر در نظر گرفته شد، افزودن كمربند و ضربه¬گير به مدل آدمك و بستر بود. ملاحظه گرديد كه با افزودن ضربه¬گير، ميزان انرژي منتقل شده به مدل كمتر شده و دامنه¬ي حركتي اعضا افزايش مي¬يابد. در صورتيكه با افزودن كمربند اين دامنه حركتي كاهش مي¬يابد و حركت ناخواسته اعضا جلوگيري مي¬شود. همچنين براي بررسي تاثير ضربه در نحوه¬ي حركت اعضا، دو نوع ضربه درنظر گرفته شد. ضربه مثلثي و ضربه سينوسي بصورت شتاب با بيشينه مقدار g10 و در مدت 04/0 ثانيه به بستر وارد و در طي همين زمان از روي آن برداشته شد. نتايج حاصل از اين دو تحريك نشان مي¬دهد كه در تحريك سينوسي ميزان انرژي بيشتري به مدل منتقل مي¬شود و در پايان مدل داراي سرعت بيشتري خواهد بود. از سويي ديگر، مدل از منظر بيومكانيك آسيب مورد بررسي قرار گرفت. با مقايسه زاويه¬ي تكيه¬گاه سر، زاويه¬ي 40 درجه بهترين زاويه براي بهينه كردن معيارهاي آسيب به سر و گردن مي-باشد. همچنين زاويه 160 درجه براي پشتي نشيمن¬گاه زاويه¬اي بهينه براي معيارهاي آسيب به سر و گردن است. از ديگر سو براي كاهش آسيب به ستون فقرات حالت خوابيده پشتي نشيمن¬گاه بهترين حالت بنظر مي¬رسد. با مقايسه تحريك¬هاي سينوسي و مثلثي، نتيجه گرفته شد كه تحريك مثلثي تاثير بهتري از منظر معيارهاي آسيب به سر، گردن و ستون فقرات دارد. از يافته¬هاي اين تحقيق، مي¬توان در طراحي صندلي فضاپيماها و همچنين بررسي آسيب¬هاي احتمالي وارده بر فضانورد استفاده كرد. واژه‌هاي كليدي: مدل المان محدود، آدمك تست تصادف، بستر ويسكوالاستيك، فوم پلي¬اورتان، بيومكانيك آسيب