Análisis numérico de un casco de protección fabricado de material compuesto frente a impacto de baja velocidad considerando parámetros anatómicos

Abstract

[ES] El objetivo principal de este Trabajo Fin de Grado es analizar, mediante el Método de los Elementos Finitos, la respuesta de un casco de protección fabricado de material compuesto cuando se ve sometido a un impacto coronal normalizado de baja velocidad, teniendo en cuenta diferentes parámetros anatómicos.

En este trabajo se abordará un problema muy poco estudiado y que consiste en analizar la influencia que tienen algunos parámetros morfométricos de la cabeza humana en la respuesta del sistema al recibir un impacto sobre el elemento de protección. Se analizarán tres tipos de cabeza de hombre y tres tipos de cabeza de mujer. Los tres tipos se corresponderán con tres tallas para ambos géneros: grande, estándar y pequeña. Los seis modelos geométricos se obtendrán de fuentes bibliográficas.

El proceso de generación de los modelos numéricos se realizará en el entorno de Ansys Workbench. Se supondrá que los modelos de la cabeza presentan propiedades isótropas siguiendo el material del dummy o prototipo estándar. El casco de protección se modelará de acuerdo con una estructura tipo sándwich formada por dos pieles de fibra de carbono y resina epoxi, y un núcleo de espuma. Por otro lado, el análisis del impacto se realizará de acuerdo con la normativa. En la resolución numérica se empleará un procedimiento de resolución explícita.

Se estudiará la respuesta en términos de fuerza y aceleración principalmente, ya que son las variables principales que pueden causar fractura craneal y/o daño cerebral. Se analizará, entre otras cosas, la influencia de los parámetros anatómicos y las diferentes configuraciones de espesor de las capas que constituyen el casco en la respuesta del sistema.

[EN] The main objective of this Final Degree Project is to analyse, using the Finite Element Method, the response of a protective helmet made of composite material when it is subjected to a normalized low-speed coronal impact, taking into account different anatomical parameters. In this work, a very little studied problem will be approached, which consists of analysing the influence that some morphometric parameters of the human head have on the response of the system when receiving an impact on the protection element. Three types of men's heads and three types of women's heads will be analysed. The three types will correspond to three sizes for both genders: large, standard and small. The six geometric models will be obtained from bibliographic sources.

[CA] L'objectiu principal d'aquest Treball Fi de Grau és analitzar, mitjançant el Mètode dels Elements Finits, la resposta d'un casc de protecció fabricat de material compost quan es veu sotmès a un impacte coronal normalitzat de baixa velocitat, tenint en compte diferents paràmetres anatòmics. En aquest treball s'abordarà un problema molt poc estudiat i que consisteix a analitzar la influència que tenen alguns paràmetres morfomètrics del cap humà en la resposta de sistema a rebre un impacte sobre l'element de protecció. S'analitzaran tres tipus de cap d'home i tres tipus de cap de dona. Els tres tipus es correspondran amb tres talles per a tots dos gèneres: gran, estàndard i petita. Els sis models geomètrics s'obtindran de fonts bibliogràfiques