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Theses Year : 2005

Breaking ribs mecanism and thoracic injury criteria in car crashes

Mécanismes de rupture des côtes et critères de tolérance thoracique en choc automobile

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1
Stéphane Diet
  • Function : Author
  • PersonId : 892783

Abstract

The highlight of a divergence between road accidents and crash-tests requires a revisit of thoracic injury criteria. Meanwhile, the rise of new numerical dummies allows the creation of localised injuries; which could not exist with physical dummies such as Hybrid III. In these localised injuries, there is the rib fracture. In this context, this work has been articulate around the development and validation of a breakable personalised numerical model of ribs in impacts. Related to bibliography, three points bending tests were chosen, including measures of deformation with strain gages and cinematic observations using video. Testing conditions were validated in regard to different models and information: HSPM tests, mass-spring system, strength material theory and finite elements analysis. Prior to testing, each rib has been scanned to study its geometry and generate its personalised mesh in finite elements. Static tests, using ribs 6, 8 and 10, right and left, show an increasing ultimate force from rib 6 to 10 and a displacement at the ultimate force highly higher for rib 10. Dynamic tests, with a different speed for each rib level and a different impactor shape (cylindrical and seat-belt like impactors) for each side, show a strong influence of speed and impactor geometry. We can point out an optimal speed, in term of ultimate force, between 0,10 and 0,25 m.s-1 and also, by changing a cylindrical impactor by a seat belt impactor, as the rib get ruined for the same displacement, it can bear a strength higher of 30%. This is similar to the conclusions observed in accidentology. The geometrical study shows that rib characteristics change with level, but note the linear concentration of minerals. At last, first finite elements analysis, aiming to reproduce those tests, did validate the feasibility of the modelisation, and opened development perspectives.
La mise en évidence d'une divergence entre l'accidentologie et les crashs tests demande de revisiter les critères de tolérance thoracique. En parallèle, l'émergence des mannequins numériques de crash permet d'appréhender des lésions particulières ; ce que ne permet pas le mannequin physique Hybrid III. Parmi ces lésions, il y a la fracture de côte. Dans ce contexte, ce travail s'est centré sur la réalisation et la validation d'un modèle numérique lésionnel personnalisé des côtes en choc automobile. Se référant à la bibliographie, il a été choisi de faire des essais de flexion trois points, en incluant des mesures de déformations par jauges et un suivi cinématique par vidéo. Les conditions d'essais ont été définies à partir de plusieurs modèles : système masse-ressort ; RDM ; calculs en éléments finis ; et des mesures réalisées sur SHPM. En amont des essais, chaque côte a été scannée pour étudier la géométrie et pouvoir générer son maillage personnalisé en éléments finis. Les essais statiques, utilisant les côtes 6, 8 et 10, montrent un effort maxi croissant des côtes 6 vers 10 et un déplacement à l'effort maxi nettement supérieur pour la côte 10. Les essais dynamiques, avec une vitesse par niveau de côte et un impacteur différent par côté (impacteurs cylindrique et type ceinture) donnent une influence très nette de la vitesse ainsi que de la géométrie de l'impacteur. Il existe une vitesse optimum concernant cet essai, en terme d'effort maxi, comprise entre 0,10 et 0,25 m.s-1. Alors que la ruine de la côte a lieu pour un même déplacement, l'impacteur ceinture permet de supporter un effort maximum supérieur de 30% ; ce qui est cohérent avec les observations en accidentologie. L'étude géométrique montre que les caractéristiques de la côte évoluent avec le niveau, mais pas la concentration linéique de minéraux. Enfin, les premiers modèles numériques lésionnels personnalisés, visant dans un premier temps à reproduire les essais, valident la faisabilité de la démarche et ouvrent des perspectives de développement.
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Dates and versions

pastel-00568920 , version 1 (23-02-2011)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00568920 , version 1

Cite

Stéphane Diet. Mécanismes de rupture des côtes et critères de tolérance thoracique en choc automobile. Biomécanique [physics.med-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2005. Français. ⟨NNT : 2005ENAM0001⟩. ⟨pastel-00568920⟩
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