用于心肺保护的板材:一个计算建模研究

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 保护设备工程 保护设备工程

背景情况:

• 个人防护服,特别是弹道防护板 (BPPs),对于保护干免受高能冲击至关重要.
• 背后盔甲伤 (BABT) 仍然是一个重大问题,可能会损害心脏和肺部等关键器官.

研究的目的:

• 调查不同BPP材料和填充配置对BABT的保护性能.
• 用不同的BPP材料和填充厚度量化减少对心脏和肺部的生物力学影响.

主要方法:

• 使用了经过验证的干有限元素 (FE) 模型,并提供了详细的解剖特征.
• 模拟5.56毫米子弹以500米/秒的速度对Kevlar-29,UHMWPE和Alumina BPP进行非穿透性冲击,有或没有6毫米和12毫米填充.
• 验证了FE模型与实验力测量的实验力测量,使用真人尺寸的干幻影.

主要成果:

• 与凯弗拉和UHMWPE相比,板表现出优越的保护性,在心脏中降低了186%的峰值应变和229%的峰值应力.
• 添加填充剂显著减少了应变和应力;12毫米填充剂导致心脏应力峰值平均减少44%,心脏应力峰值平均减少36%.
• 12毫米的填充也减少了38%的峰值肺压力和34%的峰值肺压力.

结论:

• 与凯弗拉和UHMWPE相比,乙烯BPP提供了针对BABT的增强保护.
• 增加填充厚度,特别是12mm,有效地减轻对心脏和肺部的生物力学影响.
• 材料选择和填充优化对于最大限度地减少BABT和保护身体盔甲设计中的重要器官至关重要.