Karaktärisering av egenskaper för benmaterial hos ett mänskligt kranium: Karaktärisering av mekaniska egenskaper hos benmaterialet

Abstract

Huvudskador är en vanlig följd av trafikolyckor. Följaktligen är det svårt att realistiskt simulera sådana händelser med vanliga krocktestdockor, som inte kan förutsäga den verkliga biomekaniska reaktionen hos ben vid en krockhändelse. En huvudmodell med skallben, hårbotten och hjärnstrukturer har skapats och utvecklats för att undersöka traumatiska huvudskador som orsakats av händelser som cykel- eller motorfordonsolyckor. De mekaniska materialegenskaperna hos skallbenet är avgörande för simuleringsresultaten, och en Finite Element Model skulle ge mer upprepbara och robusta test för att förbättra förståelsen för biomekaniken vid en händelse och bidra till bättre trafiksäkerhetsåtgärder. Denna studie syftar till att bättre förstå den dynamiska responsen hos människans kranium som ett material. Målet är att återskapa samma förhållanden och validera en del av den tidigare litteraturen som har gjorts om kranieben. Tre tidigare rapporter valdes ut, där varje rapport fokuserade på ett av följande ämnen, spänning, kompression och 3- punktsböjningstest. Dessutom finns det en utmaning med att integrera materialegenskaper i det Finite element simuleringsprogrammet LS-DYNA, eftersom programmet har sitt eget sätt att översätta verkliga materialegenskaper som ska simuleras. Materialnummer 81 valdes inom LS-DYNA och skulle fyllas i med materialparametrar. Testen genomfördes främst genom att hålla alla parametrar konstanta medan en parameter varierades genom simuleringarna. Sedan ändrades en annan parameter till att vara variabel i nästa testkörning, och så vidare. Responsen hos materialet var konsekvent lägre i simuleringarna i LS-DYNA jämfört med litteraturen. Att ändra parametrar som Poisson’s ratio, EPPF och sträckgränsen gav inte liknande resultat som på verkliga testen. Dock upptäcktes en positiv trend där ökande värde för EPPF resulterade i en ökad respons hos materialet. Förändringar i Poisson’s ratio och sträckgränsen påverkade inte resultaten i spänningstesten. Testning med en annan nätstruktur visade högre responsvärden men nådde ändå inte upp till värdena i litteraturen. Import av de bästa värdena från spänningstesterna till böjningstesten gav värden som liknade de i litteraturen, men endast för två hastigheter.