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Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines numerischen Modells des menschlichen knöchernen Thorax, das insbesondere altersabhängige geometrische Faktoren berücksichtigt. Dieses Modell soll sowohl die männliche als auch die weibliche Population der über 64-Jährigen repräsentieren und eine an diese Altersgruppe angepasste Verletzungssimulation ermöglichen. Die vorliegende Studie identifiziert zunächst an Hand eines Kollektivs aus 126 postmortem und 40 klinischen computertomografischen Schnittbildaufnahmen eine ganze Reihe geometrischer Parameter, die sich mit dem Alter verändern. Zu den untersuchten Parametern gehören sowohl Winkel der Rippen im Raum und innerhalb des Rippenbogens, eine detaillierte Erfassung von Parametern der einzelnen Rippe (Querschnittsfläche, Krümmung, Longitudinale Verdrillung), Parameter der Wirbelsäule als Ganzes (Skoliose, Kyphose, Rotation) und einzelner Wirbel sowie des Brustbeins. Weiterhin wurden die Grundmasse des ganzen Thorax (Thoraxtiefe, Thoraxbreite) untersucht. Die hier gefundenen Altersabhängigkeiten dienten als Eingabeparameter zur Erstellung von insgesamt neun aus dem Menschmodell THUMS 3 gemorphter alter und junger Finite-Elemente Thoraxmodelle. Implementiert wurden hierbei sowohl Durchschnittsmaße als auch extreme Maße. Die Ergebnisse zeigen mehrere sich im Alter signifikant verändernde Parameter. Als wichtigste unter ihnen sind eine Zunahme der Thoraxtiefe und Thoraxbreite im Alter, die signifikante Veränderung einiger Rippenwinkel im Raum sowie der Krümmung der sechsten und siebten Rippe zu nennen. Zudem wird die Wirbelsäulenform kyphotischer und das Sternum am Übergang zwischen Manubrium und Corpus sternii gewinkelter. Die Menschmodelle THUMS 3, THUMS 4 und HUMOS 2 sind weder als typisch alt, noch typisch jung einzuordnen, dies unterscheidet sich teils von Parameter zu Parameter. Die auf Basis der Geometrie-Inputdaten durchgeführten Finite-Elemente Simulationen zeigen einen deutlichen Einfluss der zunehmenden Thoraxtiefe im Alter auf die posteriore Kraft an der Auflagefläche der Rippen sowie die Spannungsverteilung entlang der Rippen. Sie wirkt sich jedoch entgegen der Erwartungen protektiv aus und dominiert andere Faktoren wie die unterschiedlichen Rippenwinkel. Abschließend betrachtet wird ein Menschmodell, welches das 75. Perzentil der alten Bevölkerung repräsentiert, als ausreichend aussagekräftig hinsichtlich der im Alter veränderten Geometrie klassifiziert und gleichzeitig als mit angemessenem Aufwand realisierbar angesehen. Es wird daher für die Bewertung von Sicherheitssystemen empfohlen.
Real world accident reconstruction with the Total Human Model for Safety (THUMS) in Pam-Crash
(2013)
Further improvement of vehicle safety needs detailed analysis of real world accidents. According to GIDAS (German In-Depth Accident Study) most car to car front accidents occur at mid-crash severity. In this range thoracic injuries already occur. In this study a real world frontal crash with mid-crash severity out of the AARU database was reconstructed. The selected car to car accident was reconstructed by AARU by means of pc-crash software in order to get the initial dynamic accident conditions. These initial conditions were used to reconstruct the complete accident in more detail using FE models for the car structure and the occupants. Occupant simulations were performed with FE HIII-dummy models and the THUMS using Pam-Crash code. An initial THUMS validation was performed in order to verify the model-´s biofidelity by means of table-top test simulations. THUMS bone stiffness values were modified to match the real word occupant age. A comparison between driver and passenger restraint system loading was done, as well as an injury prediction comparison between the HIII-dummy model and THUMS response for both cases. Detailed comparison between the HIII-dummy models and THUMS regarding thoracic loading are discussed.
Although the statistics show a decreasing rate of child injuries and fatalities in German road accidents more efforts can be made to protect children in cars e.g. by developing appropriate child restraint systems. An important part in of this work can be achieved with the help of crash tests using child dummies. However these crash tests cannot completely reflect the situation of real world crashes as factors like children moving out of the optimal position or children incorrectly fastened by their parents are difficult to predict. Therefore this study gives an overview over the current accident and injury situation of child occupants in cars in German road accidents.
Females sustain Cervical Spine Distortion injury (CSD) more often than males. Most work dealing with the biomechanics background (e.g. injury mechanism/criteria) as well as the application in seat design/testing, focuses on the occupant model of an average male. Therefore the EU-Project ADSEAT (Adaptive Seat to Reduce Neck Injuries for Female and Male Occupants) is aimed at adding a female model for gender balanced research of CSD and improving seat design. An extensive literature review, searching for risk factors and injury criteria for males and females, was accompanied by the evaluation of different databases containing CSD cases. The database evaluations suggests that an anthropometry quite close to the 50%ile female anthropometry as known from crash test dummy design is appropriate. The results presented here form the basis for the future development of a computational female model and the improvement of seat design for better protection of both males and females in the frame of the ADSEAT-Project.