功能梯度仿生头盔防护性能与头部损伤分析

为了提高摩托车头盔防护性能降低头部损伤风险,本文引入功能梯度仿生泡沫结构替代传统头盔的均匀密度泡沫衬垫.通过头盔耦合生物力学头部有限元模型,获取撞击过程中头部质心加速度、生物力学响应和头盔结构响应,综合分析不同密度梯度方案对头盔防护能力的影响.结果表明,功能梯度泡沫结构在中高速冲击下有更明显的优势.相比传统头盔吸能缓冲层的均匀泡沫密度方案和新型头盔的正/负密度梯度方案,最大密度为80 kg/m3的负密度梯度泡沫设计方案可以更有效改善头盔结构碰撞响应并降低碰撞过程中头部损伤,且随着密度差的增大,负密度梯度头盔的防护性能得到了进一步提高.