Globally, approximately 1.2 million people die each year due to traffic accidents. Upper extremity injuries account for 18% to 25% of all car accident injuries. In order to be able to analyze these crash-related injuries, Human body models(HBMs) are used as a complement to FE simulations. An example of a HBM is the THUMS SAFER that is based on a 50 percentile American male. The aim of this study was to improve the upper extremity of the THUMS SAFER with respect to Autoliv's requirements to better predict fractures. In addition, this was validated against the Forman experiment(Forman, et al., The journal of trauma and acute care surgery, vol. 77, 2014) where human cadavers of the upper extremity were axially impacted to replicate a car collision. This was done by generating the upper extremity geometry with segmentation of medical images of a right human hand in combination with the complete STL-geometry of the forearm from the Piper project. The STL-geometry of the segmented human hand and Piper forearm was integrated and a complete STL-geometry of the upper extremity was obtained. Based on the complete STL-geometry, the FE-arm HEX 4.0 was built with modelling of bones, ligaments, soft tissue and skin with corresponding material choice in accordance with Autoliv's requirements. The model HEX 4.0 was improved considering an increased mesh density from an average of 94% to 98%. HEX 4.0 was also validated against the data from the Forman experiment for experiments 5, 6 and 15. It showed a good correlation with the acceleration curves between the simulated and experimental values for the three experiments. The reaction force in the elbow was compared for experiment 15, where the simulated value 5.7 kN divided by a factor of 1.4 from 4 kN for the experiment. Furthermore, the fi rst principal strains that occurred in HEX 4.0 were analysed by 17 ms were the highest acceleration was achieved for experiments 5 and 6. Both experiments were shown to be close to the failure threshold of bones. However, the highest value e5=9.8E-03 occurred in the radius for experiment 5, while e6=9.3E-03 in a ligament for experiment 6. In addition, the failure threshold for experiment 15 exceeded 5 ms in lunate, schapoid and triquetrum. This indication of fractures is in good agreement with the experimental results where the corresponding bones resulted in fractures in experiment 15. HEX 4.0 was an improved upper extremity of the THUMS SAFER considering an increased mesh density. It is also capable of indicating fractures and corresponding positions in the form of analyzes of occurring stresses and strains. Nevertheless, improvements and further validation of HEX 4.0 has been proposed in the future work section. / Globalt, dör varje år ungefär 1.2 miljoner personer på grund av trafi kolyckor. Skador på övre extremitet utgör 18% till 25% av alla skador inom bilolyckor. För att kunna analysera dessa krockrelaterade skador används humanmodeller(HBM) som komplement för FE-simuleringar. Ett exempel på en HBM är THUMS SAFER som är baserad på en "50 percentile" amerikans man. Målet med denna studie är att förbättra över extremiten av THUMS SAFER med avseende på Autolivs krav för att bättre kunna förutspå frakturer. Dessutom validerades detta mot Forman experiment(Forman, et al., The journal of trauma and acute care surgery, vol. 77, 2014) där övre extremitet av människokadaver blev axiellt påverkade för att replikera en bilkollsion. Detta gjordes genom att generera STL-geometrin av en övre extremitet med segmentering av medicinska bilder av en höger människohand i kombination med färdig STL-geometri av underarmen från Piper projektet. STL-geometrin av den segmenterande människohanden och Piper underarmen integrerades och en komplett STL-geometri av övre extremiteten erhölls. Baserad på den kompletta STL-geometrin byggdes FE-armen HEX 4.0 med modellering av ben, ligament, mjukvävnad samt hud med motsvarande materialval i enighet med Autolivs krav. Modellen HEX 4.0 förbättrades i form av en ökad mesh densitet från medelvärdet 94% till 98%. Den validerades även gentemot data från Forman experimentet för experiment 5, 6 och 15. Det påvisade en god korrelation på accelerations kurvorna mellan de simulerade och experimentella värdena för de tre experimenten. Reaktionskraften i armbågen jämfördes för experiment 15 där den simulerade värdet 5.7 kN skiljde sig med en faktor 1.4 från 4 kN för experimentet. Ytterligare analyserades första huvudtöjningarna som uppkom i HEX 4.0 vid 17 ms, då den högsta accelerationen uppnådes för experiment 5 och 6. Det visades att båda experimenten låg nära gränsen för benfraktur, däremot uppkom det högsta värdet e5=9.8E-03 i radius för experiment 5, samt e6=9.3E-03 i ett ligament för experiment 6. Dessutom överskred gränsen för benfrakturer för experiment 15 efter 5 ms i lunate, schapoid och triquetrum. Denna indikation av frakturer stämmer väl med resultatet av experimentet där motsvarande benen resulterades i frakturer i experiment 15. HEX 4.0 är en förbättrad övre extremitet av THUMS SAFER i form av förbättrad meshdensitet. Den är även kapabel att indikera frakturer och motsvarande position i form av analyser på förekommande spänningar och töjningar. Förbättringar och ytterligare validering av HEX 4.0 föreslås för framtida arbete.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-284465 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Bayat, Mariam, Pongpairote, Nichakarn |
| Publisher | KTH, Hållfasthetslära, KTH, Lättkonstruktioner |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2020:304 |
Page generated in 0.0233 seconds