Study of head and neck injury mechanism in frontal and oblique impact with ATDs and human model

The following study takes into account two scenarios of possible accidents : Frontal Impact and Oblique Impact, focusing on the dynamic response of head and neck. In the first part of the work numerical models have been reproduced through the Finite Elements Modeling in order to have results similar to the ones from the physical test. In the Frontal Impact the vehicle, a Toyota Yaris 3-doors, impacts a rigid wall with a velocity equal to 56 km/h. The Anthropomorphic Test Device (ATD) Hybrid III 50th percentile male has been used in the numerical simulation, following the physical test from the National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA). Some parameters, such as the airbag and the seat belt time to fire and the vent orifice area, have been modified during the simulation to have graphs for head acceleration and neck forces quite comparable. The same procedure has been used with the Oblique impact. In this case the vehicle is initially stationary and a Research Moving Deformable Barrier (RMDB) impacts with a velocity of 90 km/h. The vehicle is set with a target angle of 15° with respect the barrier and a target overlap of 35\%. The dummy chosen for both physical test and numerical simulation is the Test Device for Human Occupant Restraint (THOR). In the second part of the work a the Total HUman Model for Safety (THUMS) has been introduced, to have a more realistic scenario. It has been used for both Frontal and Oblique Impact. In this way it has been possible to compare the behaviour of both the dummies and the THUMS, pointing out the enhanced biofidelity of the human model, as well as of the THOR if only the two dummies are compared. To enforce this theory a risk analysis has been conducted, correlating the injury measures to risk of injury. This has been done using the risk probability function, considering a level equal or higher than 3 of the Abbreviated Injury Scale (AIS), that corresponds to a severe injury.

Il seguente studio prende in considerazione due possibili scenari che si possono verificare in un incidente: l'impatto frontale e l'impatto obliquo, concentrandosi sulla risposta dinamica di testa e collo. Nella prima parte del lavoro sono stati riprodotti dei modelli numerici, attraverso la modellazione ad elementi finiti simili ai test eseguiti dal National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) in modo da avere risultati simili. Nell'impatto frontale il veicolo, una Toyota Yaris 3 porte, impatta contro una parete rigida con una velocità di 56 km/h. Il modello numerico di manichino Hybrid III 50esimo percentile è stato usato nelle simulazioni numeriche, secondo il modello reale proveniente dai test eseguiti dal NHTSA. Alcuni parametri, tra i quali il tempo di azionamento dell'airbag e della cintura di sicurezza, così come l'area della valvola di sfiato dell'airbag, sono stati modificati durante le simulazioni numeriche in modo da avere come risultato delle curve con lo stesso andamento di quelle dei test reali, soprattutto quelle riguardanti l'accelerazione della testa e le forze nel collo. Lo stesso procedimento è stato seguito con l'impatto obliquo. In questo caso il veicolo è inizialmente stazionario e una barriera deformabile (RMDB) impatta contro questo con una velocità di 90 km/h. Il veicolo è ruotato di un angolo di 15 gradi rispetto alla direzione x con un effetto di sovrapposizione del 35\%. Il manichino scelto sia nel test reale che nella simulazione numerica è il Test Device for Human Occupant Restraint (THOR). Nella seconda parte del lavoro è stato introdotto il Total HUman Model for Safety (THUMS), in modo da avere uno scenario più realistico. Il THUMS è stato usato sia nell'impatto frontale che nell'impatto obliquo. In questo modo è stato possibile metter a confronto il comportamento di entrambi i manichini e il modello umano. Un ulteriore confronto è stato eseguito attraverso l'analisi di rischio, facendo uso della funzione di propbabilità di rischio, mettendo in relazione i risultati raccolti dall'analisi con il rischio di lesione. Il livello della Abbreviated Injury Scale (AIS) scelto è uguale o maggiore di 3, corrispondente ad una lesione grave.