NOCSAE

设计专门为球员设计的美式橄榄球头盔以保护大脑

摘要 ：本研究的目的是利用高性能计算 (HPC)、有限元 (FE) 模拟和实验研究机械作用与脑损伤之间的关系，以设计特定于球员的美式足球头盔。我们根据 MRI 扫描数据创建了一个高分辨率 FE 头部网格，其中包含分段的头皮、颅骨、脑脊液 (CSF) 和大脑。我们对大脑使用多尺度内部状态变量 (ISV) 模型，该模型将根据实验数据进行校准并能够预测脑损伤。从单调（0.1/秒；Instron）到中等（200/秒；霍普金森杆）的不同应变率实验用于表征一系列传统和膨胀聚氨酯泡沫。这些泡沫用于 FE 模拟研究，以选择最佳的分层模式，以最大限度地吸收能量并最大限度地减少机械作用和脑损伤。最佳功能梯度设计被融入到原型美式橄榄球头盔中，并在自由大学 (LU) 工程研究与教育中心 (CERE) 新开发的头盔性能实验室 (HPL) 进行测试。LU 的 HPL 设备齐全，可进行国家橄榄球联盟 (NFL) 和国家运动器材标准委员会 (NOCSAE) 标准测试。我们的原型通过了所有 NOCSAE 标准，与 2020 年表现最好的两款头盔相比，性能提高了 15%。可以使用一组不同的边界条件重复此过程，以设计用于其他运动（包括曲棍球、长曲棍球和马术）的防护运动头盔