冲击载荷下安全头盔不同佩戴方式对头部损伤的影响

目的通过有限元法模拟了冲击载荷下不同安全头盔佩戴方式头部生物力学响应对比,研究了不同头盔佩戴方式对头部损伤的影响。方法使用THUMS人体有限元模型,建立了不同头盔佩戴方式(左右倾斜5°、后倾15°、0°无下颚带、0°有下颚带)的头部-头盔有限元模型,并对坠落物冲击载荷工况下进行仿真模拟,同时对头部生物力学损伤风险进行评估。结果在低速冲击时,不同头盔佩戴方式下头部生物力学响应变化并无明显差别;随着冲击速度的增加,紧系下颚带对比无下颚带的情况下其HIC值降低了超过20%,头盔后倾15°其脑部von Mises应力达到了7.56 k Pa,超过了50%中度头部损伤阈值,最大颅骨应变能达到了463 m J,对比正常佩戴情况增长值超过50%,撞击部位最大颅内压力达2.7 MPa,分布范围广;有下颚带时最小颅内压为1.8 MPa,且分布范围较小;同时左右倾斜5°以及无下颚带的情况下脑部应力值范围为6~6.5 k Pa。结论在冲击载荷较大时,紧系下颚带对于增强头盔的稳定性,减少颅内压力值具有重要作用,正确的头盔佩戴角度对于抑制颅内压力分布扩散以及较小压力值同样具有关键的作用。因此,在佩戴安全头盔时,应尽量保持正确的佩戴角度并紧系下颚带以增强头盔的稳定性和防护效果。