人体靶标的制作与软防护下钝击效应研究

发布时间：2020-04-24 10:29

【摘要】：随着新型防弹材料的研发,防弹衣逐步向轻巧化、舒适化的目标发展。在单兵作战和维护治安的行动中,软质防弹衣已经能够有效防止手枪弹直接对人体造成伤害。但是弹丸的冲击动能仍会作用在人体上,并在人体上导致所谓的“冲击凹陷”,从而产生类似钝器猛击造成的损伤(钝击伤)。这种钝击伤严重的可能会导致人体的内脏、骨骼受损,甚至致死。目前,国内外对于钝击伤效应的研究还不够全面、透彻,对钝击凹陷的研究较多,对靶标内压力波特性研究还不够深入,因此有必要继续开展相应钝击效应试验与数值模拟研究。本文提出了一种新型“明胶-胸廓”仿生假人的制备方法。制备的“明胶-胸廓”仿生假人能够更为真实的模拟各类冲击试验中人体骨骼和内脏的力学响应。安置好内部埋有传感器的“明胶-胸廓”仿生假人作为试验用人体上躯干靶标,并采用高速摄影、红外同步触发器等设备搭建了多参数同步测试系统。开展了多种手枪弹侵彻软防护下“明胶-胸廓”人体上躯干靶标的试验研究,获得了靶标内部压力、加速度响应规律,并拍摄到了整个钝击过程。试验结果表明,使用92式9mm铅芯弹射击“明胶-胸廓”人体上躯干靶标的心脏部位时,心脏处峰值压力为1.440MPa～1.610MPa;使用51式7.62mm铅芯弹射击“明胶-胸廓”人体上躯干靶标A的心脏部位时,心脏处峰值压力为1.630MPa;使用9mm巴弹射击“明胶-胸廓”人体上躯干靶标的左肺部位时,心脏处峰值压力约为0.590MPa。试验结果还表明,冲击压力波在靶标内部向四周传播时会迅速衰减,压力越大衰减越快,衰减过程中衰减速度会逐渐变小,靶标会大量吸收压力波的能量。由于泡沫板有吸波作用,在软质防弹衣后中插入泡沫板可以有效的减小钝性损伤时的冲击压力。建立了人体上躯干有限元模型,模型包含左肺、右肺、心脏、肝脏、胃、胸骨、肋骨和胸椎等人体主要器官和骨骼。进行了弹速360m/s的9mm手枪弹侵彻软防护下人体上躯干靶标的数值模拟,计算获得的软质防弹衣和弹丸的受损情况与实弹试验中的受损情况基本保持一致。计算结果表明,侵彻初期防弹衣以剪切破坏为主,对子弹的阻挡作用较差,子弹能量损耗较小,速度缓慢下降。随着子弹的镦粗变形,防弹衣后部无纬布主要发生拉伸变形,从而有效的吸收了子弹的撞击动能,子弹速度急剧下降。弹着点为心脏部位时,左肺最大等效应力为0.231MPa,右肺有限元模型的最大等效应力为0.363MPa,心脏最大等效应力为0.056MPa。本文进行的试验和数值模拟为钝性损伤分析与评估提供了理论与方法支撑,为轻武器杀伤威力提高和防弹衣防护性能提升提供了科学依据。
【图文】：

图２．ｒ明胶－胸廓”仿生假人的制备流程图逡逑２．邋１．邋１制备原料和加热装置的选取逡逑本“明胶－胸廓”仿生假人的制备原料为自来水和明胶颗粒

逦人体靶标的制作与软防护下钝击表２．１照相明胶的理化性能参数邋能逦要求逡逑度（Ｂｌｏｏｍ邋ｇ）逦２５０？２６０逡逑（ＭＰａ．ｓ）逦４．５？５．５逡逑（°Ｃ）逦不低于２６．５逡逑透过率（％）逦大于９０逡逑透过率（％）逦大于９８逡逑５０ｎｍ，邋６２０ｎｍ透过率指检验出的波长为４５０ｎｍ，邋６２０ｎｍ？置是采购的常州维度仪器的恒温水浴锅，基本结构如图２．２所示。恒板焊接而成，焊缝严实，有卓越的抗腐蚀性能，不会发生生锈与漏胆尺寸小４０ｃｍ邋Ｘ邋５０ｃｍ，，内胆容积为８０Ｌ，额定功率为２５００Ｗ。加热匀布置，水浴锅T加热的明胶溶液最大体枳为６０Ｌ，水浴温度ＰＪ？以Ｃ范围内，温度精度为±０．５°Ｃ，水浴加热定时范围为１？１５０ｍｉｎ。逡逑逦＿＿－明胶溶液逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ410.6;TS941.733.5

【参考文献】

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1 黄珊;徐诚;王双平;赖西南;;手枪弹冲击下有防护生物靶标多参数测量与分析[J];医用生物力学;2014年06期

2 徐诚;陈菁;张起宽;康建毅;董萍;刘海;;步枪弹对复合防护人体上躯干冲击有限元分析[J];弹道学报;2014年03期

3 罗少敏;徐诚;陈爱军;张晓云;刘苏苏;;步枪弹侵彻带软硬复合防护明胶靶标的数值模拟[J];兵工学报;2014年08期

4 曾鑫;周克栋;赫雷;金永喜;崔海林;王浩圣;李兵仓;;非侵彻条件下猪体和明胶靶内压力衰减试验研究[J];振动与冲击;2014年08期

5 王凌青;赖西南;张波;苏正林;黄艺峰;王丽丽;;不同弹体结构步枪弹致长白猪防弹衣后损伤特点观察[J];解放军医学杂志;2013年07期

6 李晓霞;赖西南;王建民;张波;李冠桦;黄艺峰;苏正林;王丽丽;;高速小口径步枪弹致防弹衣后猪背部钝性损伤特点[J];第三军医大学学报;2012年18期

7 尹立鹏;陈娟;王虎;;加速度计应用[J];长春工业大学学报(自然科学版);2010年01期

8 康建毅;赵德春;王建民;赖西南;;投射物钝挫伤的研究进展[J];创伤外科杂志;2009年05期

9 曹立波;奠波;卢畅;;基于CT图像颈椎有限元模型的建立及验证[J];湖南大学学报(自然科学版);2009年01期

10 卢畅;韩珂;李晶;王冰;吕国华;杨明;;全颈椎三维有限元模型建立及验证方法探讨[J];医学临床研究;2008年03期

本文编号：2638865