BIOMECÂNICA DO IMPACTO

Transcrição

1 A lesão no corpo humano pode ser causada por diferentes situações de carga onde se incluem as situações de: Carga mecânica. Carga química. Carga térmica Carga eléctrica. A biomecânica da lesão (injury biomechanics) estuda em particular o efeito da aplicação de cargas mecânicas (e.g., forças de impacto e outras) ao corpo humano. Por esse motivo é também muitas vezes designada por biomecânica do impacto (impact biomechanics). O objectivo da biomecânica do impacto é estudar o mecanismo de lesão e desenvolver formas de reduzir ou mesmo eliminar os danos estruturais e funcionais sobre as estruturas biológicas que podem decorrer de uma situação de impacto. Teste em trenó de desaceleração (invertido) para simulação de abertura de airbags (20g)

2 Etapas e Modelos: Para atingir esses objectivos é necessário: Compreender os mecanismos da lesão por impacto. Quantificar as respostas dos tecidos e sistemas humanos a uma gama de condições de impacto. Determinar o nível de resposta para o qual os tecidos ou sistema não vão conseguir recuperar. Desenvolver materiais e estruturas de protecção que reduzam o nível de energia envolvida no impacto e as forças de impacto transmitidas para as estruturas biológicas. Desenvolver procedimentos de teste e modelos computacionais que simulem correctamente a resposta humana ao impacto e passem a ser utilizados como ferramenta de projecto. A implementação das etapas anteriores pressupõe a utilização de modelos do corpo humano que de uma ou outra forma permitam a avaliação da sua resposta ao impacto, do mecanismo de lesão e da tolerância biomecânica máxima

3 Modelos de Análise Utilizados: Os modelos utilizados na realização de análises dinâmicas de biomecânica do impacto são: Voluntários humanos. Cadáveres humanos. Animais. Modelos mecânicos (manequins, dummies). Voluntário Humano (Human Research Volunteer) NBDL Horizontal Accelerator Modelos matemáticos (corpos múltiplos, elementos finitos). PMHS instrumentado Vista sagital Modelos Matemáticos Modelos Mecânicos Animais

4 Voluntários Humanos: São utilizados em testes de severidade reduzida e limitados ao aparecimento de dor. Estes testes tem normas muito rígidas para protecção dos voluntários. Produzem resultados importantes sobre a resposta humana pré lesão. Voluntário Humano (Com Instrumentação) Os voluntários são, por norma, jovens adultos do sexo masculino em cumprimento do serviço militar, donde não representam toda a população (idosos, crianças e mulheres). Voluntário Humano (durante simulação)

5 Voluntários Humanos: Alguns estudos com voluntários: Coronel Stapp (1954) utilizou um trenó a jacto, no qual suportou uma mudança de velocidade de 1000 km/h em 1.4 s, tendo registado uma desaceleração máxima de 40g. Coronel Stapp (Várias simulações)

6 Voluntários Humanos: Alguns estudos com voluntários: Laboratório Naval de Biomecânica (em New Orleans), conhecido por estudar com voluntários humanos a resposta dinâmica em impacto do conjunto cabeça pescoço. Voluntários Humanos (Vídeos de Ensaios e Instalações de Ensaio)

7 Cadáveres Humanos: São considerados como a ferramenta fundamental para investigação em biomecânica da lesão ou do impacto. PMHS = Post Mortem Human Subject. Têm antropometrias muito semelhantes ao humano vivo e propriedades de material semelhantes às do tecido vivo. Não apresentam tónus muscular. Não se obtêm respostas fisiológicas. Muitos apresentam idades elevadas o que significa que a resposta dinâmica não representa a da população em geral. PMHS (Com Instrumentação)

8 Animais: Utilizam-se animais anestesiados. Vital para se obter respostas fisiológicas em áreas do corpo tais como o cérebro e a espinal medula. Fornecem informação relativa às diferenças entre a utilização de espécimes vivos e mortos. Ajudam a entender os resultados obtidos com cadáveres. Devido às grandes diferenças morfológicas, é muito difícil obter uma extrapolação quantitativa destes resultados para o caso humano. Testes com Animais (Projecto Barbeque, USA, 1968)

9 Modelos Mecânicos: São também designados por Dispositivos Antropomórficos de Teste (Anthropomorfic Test Devices). Consistem de um esqueleto metálico ( ou por vezes em plástico) coberto por um plástico ou espuma para simulação dos tecidos moles e pele. Retrato de família Construídos com antropometrias semelhantes às humanas, reproduzem com exactidão a cinemática humana em situações de impacto. Hybrid III

10 Modelos Mecânicos: Instrumentados com dispositivos vários conseguem medir acelerações, forças, velocidades e deflexões, que podem ser posteriormente correlacionadas com critérios de lesão no corpo humano. Pormenor construtivo Utilizados em testes de aprovação de novos veículos ou sistemas de protecção. Utilizados na reconstrução de acidentes reais. Hybrid III é utilizado em impacto frontal. SID SID e EuroSID são utilizados na simulação de impactos laterais. EuroSID Hybrid III

11 Modelos Matemáticos: Utilizam-se para simular o comportamento de seres humanos durante situações de impacto. Podem ser utilizados para estudar um dado dispositivo ou a eficiência de uma dada protecção. Modelo FEM do SID Podem ser utilizados na reconstrução de acidentes. Podem ser utilizados para avaliar parâmetros de difícil ou mesmo impossível medição experimental. Ferramentas de apoio ao projecto de veículos e dispositivos de segurança. Utilizados para avaliar o potencial de lesão no corpo humano. Modelo FEM do SID com deformação