비관통 충격에 의한 인체 두부 상해 및 변형거동 연구

Abstract

피탄 충격은 방탄 헬멧의 변형을 유발시킴과 동시에 인체 두부에 치명적인 상해를 초래한다. 비록 탄이 헬멧을 관통하지 않더라도 이와 같은 비관통 충격에 따른 두부 상해를 정량적, 정성적으로 예측하기 위한 실험적, 해석적 방법의 연구가 요구되고 있으며 이와 관련한 체계적인 충격 전달 현상을 이해할 필요가 있다. 본 논문은 비관통 충격에 의한 인체 두부 상해 및 변형거동에 관한 것으로서 첫째, 뇌 유사물질의 점탄성 물성 측정 둘째, 제작한 머리 더미를 이용한 피탄 후 두개골의 가속도 및 뇌압 계측 그리고 셋째, 수치해석을 통한 사격 조건별 두부 상해 정도의 예측으로 구분할 수 있다. 모델링에 사용될 재료물성 획득을 위해 응력이완 실험을 통해 뇌의 점탄성 물성값을 확보하였으며, 이를 바탕으로 수치해석을 수행하였다. 또한 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서 획득한 대한민국 성인 남성의 두부 정보를 이용하여 기하학적 형상 모델을 구현하였고 두개골과 뇌로 구성된 인체 머리 더미를 제작하였다. 통계 데이터를 기반으로 제작된 더미를 통해 따라서 보다 정확하게 인체 두부 상해 정도를 예측할 수 있었다. 아울러 미국 도로교통안전국(NHTSA)에서 정의한 머리 상해값(Head injury criterion: HIC) 값을 이용하여 사격 조건별 상관관계 함수식을 제안하였으며 최종으로 머리 상해-맵을 작성하였다.| A ballistic impact may cause the deformation of the ballistic helmet together with critical injuries to human head. A research based on both experimental and analytical methods should be required to predict the human head injury quantitatively and qualitatively upon non-penetrating impact, and also, it is necessary to understand the impact transmission phenomenon systematically in relation to these matters. The thesis considers on the head injury and deformation behavior of human head by non-penetrating impact by means of three main approaches; firstly, measurement of brain-like substance viscoelastic property, secondly, measurement of acceleration of the skull and brain pressure using the human head dummy after ballistic impact, and thirdly, prediction of the extent of head injury according to the shooting conditions through numerical method. The viscoelastic properties of the brain was obtained by the stress relaxation test and then implemented into the numerical analysis. In addition, the geometrical shape model of Korean male adult’s head was achieved by using the data obtained from the Korea Institute of Science and Technology Information(KISTI), and consequently, human head dummy composed of brain and skull was developed. The human head injury therefore could be predicted more accurately by using the developed dummy based on statistical data. Furthermore, the correlation function according to the shooting conditions was proposed and head injury map was developed based on head injury criterion(HIC) defined at National Highway Traffic Safety Administration(NHTSA).; A ballistic impact may cause the deformation of the ballistic helmet together with critical injuries to human head. A research based on both experimental and analytical methods should be required to predict the human head injury quantitatively and qualitatively upon non-penetrating impact, and also, it is necessary to understand the impact transmission phenomenon systematically in relation to these matters. The thesis considers on the head injury and deformation behavior of human head by non-penetrating impact by means of three main approaches