低速碰撞下运动头盔力学响应与性能分析

目的对运动头盔不同部位进行多次低速碰撞,比较不同部位受冲击时的力学响应,分析冲击部位和冲击次数对头盔的抗冲击性能的影响。方法选取3款不同材质不同类型的运动头盔,使用CADEX单轴头盔碰撞试验机模拟头盔从0.8 m高度自由落体撞击地面(实际碰撞速度约为3.96 m/s冲击平砧),分别碰撞头盔顶部、后部、前部、左侧和右侧,同一部位重复碰撞3次,获得各部分线性加速度峰值(PLA),PLA越小头盔抗冲击性能越佳。环境温度为26℃,湿度为40%RH。结果随着碰撞次数增加,各部位PLA均增加。第1次碰撞后,头盔A顶部PLA最大为137.6 g,后部PLA最小为121.1 g。头盔B右侧PLA最大为139.4 g,前部PLA最小为126.8 g;3次碰撞后,头盔A右侧PLA最大为322.1 g(大于国家标准300 g),无法对头部进行有效保护,左侧PLA次之为213.2 g,其前部PLA最小为140.4 g。运动头盔B右侧PLA为398.6 g,左侧PLA为344.6 g,左侧及右侧PLA均大于300 g,其后部最小为148.8 g,且左侧及右侧PLA的增大趋势大于顶部、前部及后部3个区域。运动头盔C 3次顶部碰撞后,其PLA均大于300 g,在第3次碰撞后PLA为773.7 g,为避免对实验仪器的损坏未对其他部位进行测试。结论多次碰撞影响头盔的保护性能,随着碰撞次数的累积,头盔保护性能下降,其中头盔左侧和右侧的冲击对头盔的抗冲击性能影响最大。