Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4037
Main Title: Entwicklung eines numerischen Menschmodells für ein drei Jahre altes Kind
Translated Title: Development of a finite element human body model for a three years old child
Author(s): Eisenach, Alexander
Advisor(s): Schindler, Volker
Johannsen, Heiko
Referee(s): Schindler, Volker
Johannsen, Heiko
Kraft, Marc
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Bei Betrachtung des aktuellen Unfallgeschehens in Europa kann man feststellen, dass die Sicherheit der Kinder als Insassen eines Fahrzeugs bereits ein hohes Niveau erreicht hat. Dennoch bestehen noch viele Optimierungsmöglichkeiten, um die Sicherheit der Kinder weiter zu erhöhen. Diese Aufgabe gestaltet sich weit schwieriger als die Optimierung der Insassenschutzsysteme für erwachsene Fahrzeuginsassen. Die schnelle Entwicklung der Kinder, insbesondere die sich rasch ändernden mechanischen Eigenschaften der Knochenstrukturen und vor allem die von Kind zu Kind unterschiedliche Entwicklung, führt sowohl aus der Sicht der Gesetzgebung als auch aus der Sicht des Entwicklers von Kinderschutzsystemen zu komplexen Aufgabenstellungen. Dabei können numerische Menschmodelle wichtige Dienste leisten. Die Hauptmotivation für die Entwicklung solcher Modelle ergibt sich aus der in einigen Fällen nicht hinreichend genauen Biofidelität der Kinder-Crash-Test-Dummys. Die Dummys sind zwar zu einem sehr wichtigen Werkzeug für die Unfallforschung geworden und sie werden auf absehbare Zeit unverzichtbar bleiben, um jedoch noch genauere Analysen und noch bessere Kinderschutzsysteme effizient entwickeln zu können, bedarf es neuer Werkzeuge. Eines davon sind die Menschmodelle. Das in dieser Arbeit entwickelte Modell basiert auf realen Geometriedaten eines drei Jahre alten Kindes. Für die geometrische Zuordnung zu einem 50%-Perzentil wurde die Geometrie geringfügig skaliert. Besonderes Augenmerk bei der Entwicklung dieses Modells lag auf der genauen Abbildung der inneren Organe. Insbesondere im Kindesalter sind diese bei einem Fahrzeugaufprall stärker gefährdet. Die Gründe hierfür sind einerseits die nicht komplett ausgebildeten Knochenstrukturen und die im Vergleich zum erwachsenen Menschen unterschiedlichen Körperproportionen. Das Menschmodell beschreibt den Thorax und Abdominalbereich eines in einem generischen Kinderschutzsystem sitzenden Kindes mit vereinfachten Extremitäten und einem vereinfachten Kopf- und Halsbereich. Die Validierung des Modells erfolgt anhand von Ergebnissen aus Leichenversuchen. Um sicherzustellen, dass die Ergebnisse aus den vorliegenden Erwachsenentests den Kinderproportionen entsprechen, werden die Systemantworten entsprechend skaliert. Mit Hilfe des fertigen Menschmodells lassen sich die Verletzungsrisiken im Falle eines Aufpralls besser darstellen und abschätzen. Das Modell wird dazu beitragen können, die existierenden Hardware-Dummy-Modelle noch weiter zu verbessern.
Looking on the current road injury statics in Europe one can assume, that the child safety already has achieved a rather high level. Still there are possibilities for optimisation. This task is more complicated than improving the level of safety systems for adult passengers. The rapid growth of children, especially the changing of the mechanical properties of bone tissue and the different speeds of development compared child to child, leads from the view of legislation organisations and the view of child restraint systems developers to complex tasks. Numerical human models can simplify these tasks. The main motivation for the development of these models is the in some cases not satisfactory biofidelity properties of child crash test dummies. Although the dummies became an indispensable tool for safety researchers, in order to perform even more complex and accurate analyses, new tools have to be developed. One of these tools is the numeric human model. The numerical model developed in this work is based on the geometry of a three year old child. For the geometric adaptation to a 50th percentile the geometry was scaled. Special attention was paid on the modelling of the inner organs. Especially at a young age the inner organs are more likely to be injured in a car accident. The reasons for these are on the one hand the not fully developed bone structures and, compared to an adult, different body proportions on the other hand. The numeric human model describes the thoratic and abdominal area of a sitting child, the extremities are simplified. The validation process was performed by comparing scaled adult post mortem human subject test data. With the help of the numeric human model the injury risks per body region can be estimated more accurately. The model can also be useful in the improvement process of the existing hardware crash test dummies.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-50816
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4334
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4037
Exam Date: 10-Feb-2014
Issue Date: 14-May-2014
Date Available: 14-May-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): FEM
Insassensicherheit
Menschmodell
Simulation
Human modelling
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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