Диссертация (Разработка научно обоснованных технических решений защиты экипажа автобронетанковой техники при минно-взрывном воздействии), страница 8

В Таблице 5собраны всевозможные критерии по травмобезопасности головы.Таблица 5.Обзор критериев по травмобезопасности головы1Пара-Локализа-метрция23Предельно допустимое значение4Травма Внутри-Более 235 кПа – травмаголов-череп-Менее 175 кПа – незначительная травма илиногоное дав-без травмы [86]мозгалениеРавное и более 300 кПа – сотрясение головного мозга [87]60 – 80 кПа – сотрясение головногомозга[88]Место66 – 114 кПа – травмаудара44 – 78 кПа – нет травмы [89]55Таблица 5 – продолжение1234На против-101 – -51 кПа – травмаудара-59 – -53 кПа – нет травмы [89]11-16,5 кПа – серьезная травма [90]Напря-8–16 кПа – тяжелая травма (диффузное ак-жениесональное повреждение головного мозга)сдвига[91]голов-Средний6,2–10,6 кПа – травманогомозг3,4–7,2 кПа – нет травмы [89]мозгаВерхнийБолее 7,8 кПа – 50% вероятность сотрясенияствол[89]Таламус3,3–5,7 кПа – травма1,9–3,7 кПа – нет трамы [89]Напря-Более 11 кПа травма головного мозга (прижениеавтомобильных ДТП) [89]по Ми-Более 15 кПа травма головного мозга (призесумотоциклетных ДТП) [92]7-8,6 кПа – ушибы мозга [93]Более 27 кПа – травмы мозга (экспериментына животных) [93]Более 20 кПа – сотрясение мозга [94]15-20 кПа – ушибы мозга [95, 96]Более 27 кПа – 50 % вероятность умереннойневрологической травмыБолее 39 кПа – 50 % вероятность тяжелойневрологической травмы [97]56Таблица 5 – продолжение1234Более 18 кПа – 50 % вероятность умереннойневрологической травмыБолее 38 кПа – 50 % вероятность тяжелойневрологической травмы [98, 99]Равное и более 26 кПа – повреждение аксонов [100]Дефор-Более 0,25 – структурные повреждениямацияБолее 0,20 –функциональный дифицитМенее 0,1 – обратимые травмы [101]Более 0,188 – повреждение гематоэнцефалического барьера [102]Более 0,13 – 25% вероятность сотрясениямозгаБолее 0,18 – 50% вероятность сотрясениямозгаБолее 0,28 – 80% вероятность сотрясениямозга [103]Более 0,14 – 25% вероятность сотрясениямозгаБолее 0,19 – 50% вероятность сотрясениямозгаБолее 0,24 – 80% вероятность сотрясениямозга [89]Равная и более 0,18 – повреждение аксонов[100]57Таблица 5 – продолжение1234ЭнергияСуба-Более 5,4 Дж – субдуральная или субарахно-дефор-рахнои-идальное гематома [99]мациидальноепространствоСко-23–140 с-1 – травмарость11–67 с-1 – травмы нет [104]дефор-Скорость деформации (на основе макси-мациимального главного напряжения)Линей-Более 76 g (746 м/с2) –ныезакрытая черепно-мозговая травма (при t 20ускоре-мс) [105]нияБолее 220 g (2158 м/с2) – травма (при t 2 мс)Более 90 g (883 м/с2) – травма (при t 9 мс)[106]73 – 133g (716 – 1305 м/с2) – травма34 – 76g (334 – 746 м/с2) – нет травмы [89]Враща-Более 1800 рад/с2 – 50 % вероятность повре-тельныеждения [107]ускоре-Более 4500 рад/с2 – cскользящие ушибыния[108]Более 16000 рад/с2 – травма [109]Более 16000 рад/с2 – от умеренной до тяжелой диффузной травмы аксонов [110]4457 – 10251 рад/с2 – травма2793 – 5615 рад/с2 – нет травмы [89]58Таблица 5 – продолжение1234Сочета-Более 85g (834 м/с2)ние ли-Более 6000 рад/с2 – необратимая черепно-нейныхмозговая травма [89]и угловыхускоренийПере-Напря-5000 – 15000 фунт/дюйм2 (34,47–103,42ломженияМПа) – перелом черепа [111]костейпо Ми-153 МПа – перелом черепа [112]черепазисуЛиней-Более 80 g (785 м/с2) – перелом черепа [113]ныеускоренияЭнергияЛоб1,59– 2 Дж – перелом костей лобной частидефор-Затылок0,91 Дж – перелом костей затылочной частимации[114]14,1 – 68,5 Дж – перелом черепа [115]2,2 Дж – перелом черепа [99]Усилие4,5 – 14,1 кН – перелом черепа [115]5,8 – 17 кН – перелом черепа [116]При проведении испытаний на травмобезопасность экипажа АБТ прииспользовании сертифицированных АИМ Гибрид 2 и Гибрид 3 реальновозможно провести замеры линейных и угловых ускорений головы.

Поэтому вовсех нормативных документах (стандарты травмобезопасности при краш-тестах59и при подрывах) используются критерии, основанные на замерах линейныхи/или угловых ускорений. Так в качестве критерия поражения при краш-тестахи подрывах, широко используется HIC (Head Injury Criterion (критерийповреждения головы)).Первый критерий травмобезопасности головы был предложен Лисснероми др. [117] еще в 1960 году и известен под названием кривая Уэйн-Стейта.Изначально кривая состояла из 6 точек (от 1 мс до 6 мс), которыехарактеризовали зависимость ускорения от времени действия импульса.Эксперименты проводились на бальзамированных трупах, при этом измерялосьдавление в правой височной части и задней части черепа, также проводилисьизмерения ускорения (датчик установлен в центре задней части черепа).

Ударпроводился по лобной части. Мембраны, окружающие доли головного мозгабыли проколоты и разорваны для сообщения между собой всех частейчерепной полости. Удары производились посредством сброса трупов наприборнуюпанельавтомобиля,стальныепластины,обитыемягкимматериалом, наковальни и наковальни, обитые мягким материалом.В более поздних исследованиях Патрик и др. [118] дополнили данныерезультатами экспериментов, в которых изучались последствия удара головыживотных и добровольцев.

(Рис. 2.8).Рис. 2.8. Аппроксимация кривой Уэйн-Стейта60Это значение было использовано Гаддом [119] в качестве степени впредложенном им индексе тяжести (2.4), сейчас известном как индекс тяжестиГадда (Gadd Severity Index (GSI)).где a – ускорение головыTGSI = ∫0 a2,5 dt,(2.4)Т – продолжительность действия импульсаПри значении GSI равным 1000 наступает тяжелая травма головы. В 1970Версаж [120] предложил модифицированную формулировку индекса тяжестиГадда, в настоящее время она известна как критерий повреждения головы HIC.Для нахождения наиболее опасной части импульса перегрузки находитсямаксимальное значение интеграла согласно формуле (2.5):t21HIC = (t 2 − t1 ) �� a(t)dt�t 2 − t1 t12,5max,(2.5)где a(t) – суммарная перегрузка в центре тяжести головы манекенаt 2 − t1 – интервал времени воздействия импульсаПредельно допустимое значение HIC осталось равным 1000. Интервалвремени t 2 − t1 в изначальном варианте не имел ограничений.В данный момент критерий HIC применяется для определениятравмобезопасности при краш-тестах автомобилей (интервал времени t 2 − t1 =35 мс) [121], а также при определении травмобезопасности при МВВ (прописанв стандарте NATO STANAG 4569 [12, 13]) при этом интервал времени t 2 − t1 =15 мс.В ранних версиях STANAG 4569 [12] предельное значение HIC былозадано величиной 1000.

Однако, после анализа последствий многочисленныхтравм, полученных в результате военных действий США в Ираке ипроведенных дополнительных исследований на Macaca fascicularis c анализомрезультатов ударного воздействия с помощью томографии мозга было принятобеспрецедентное решение уменьшить предельно допустимое значение в 4 раза61до 250 единиц. Само решение о значительном уменьшении допустимогозначения HIC в 4 раза говорит о некорректности его применения.Ряд исследователей, в том числе российских, считают неправомернымиспользование критерия HIC для оценки травмобезопасности головы. ТакРабинович и Кулаков [122] в своей статье приводят сравнение определениятравмобезопасности по критерию HIC и кривой Уэйн-Стейта (Патрика).

Криваяв координатах время-перегрузка представлена на Рис. 2.9. Дело в том, чтокритерий HIC практически не учитывает скорость нарастания перегрузки.Интеграл в формуле (2.4) представляет собой потерянную скорость. Например,при падении человека с высоты роста (примерно 1,5 м) и ударом головой окамень или об упругий матрас потерянная скорость при ударе о матрас будетбольше за счет упругого отскока, а травма будет значительно больше при ударео камень.Рис.

2.9. Кривая Уэйн-СтейтаХотяприразработкекритерияHICбылаиспользованакриваяУэйн-Стейта (Патрика) при оценке травмобезопасности одних и тех жеэкспериментальных данных, критерий HIC оценивает внешнее воздействие наголову как травмобезопасное, в то время как по кривой Уэйн-Стейта (Патрика)оно является травмоопасным (Рис. 2.10).62Рис.

2.10. Сравнение критериев HIC и кривой Уэйн-СтейтаВышеуказанные авторы предлагают пользоваться кривой Уэйн-Стейта(Патрика) при определении травмобезопасности при краш-тестах и подрывеАБТ на минах и СВУ. Так как импульс при краш-тестах и ударах схож стреугольным предлагается перестроить искомую кривую Уэйн-Стейта вкоординатах скорость нарастания перегрузки (̇ ) – потерянная скорость (∆V)(Рис. 2.11), при этом потерянная скорость вычисляется по формуле (2.6):∆ = � (2.6)63Рис.

2.11. Кривая Уэйн-Стейта в координатах скорость нарастанияперегрузки-потерянная скоростьТехника определения темпа (скорости) нарастания перегрузки показанана Рис. 2.12.Рис. 2.12. Техника определения скорости нарастания перегрузкиТаким образом, на основе анализа предыдущих исследований в работепредлагается использовать в качестве критерия травмобезопасности головыкривую Уэйн-Стейта в координатах скорость нарастания перегрузки –потерянная скорость.64Обзор критериев травмобезопасности при действии2.6.избыточного давленияИзучение влияния избыточного давления на биообъекты, в том числечеловека, начались в середине XX века.

На начальной стадии изучениярегистрирующее оборудование не позволяло записывать продолжительностьимпульса,поэтомуисследователиопиралисьвсвоихвыводахотравмобезопасности того или иного воздействия только на амплитуду пикаизбыточного давления. В дальнейшем вследствие развития записывающегооборудования и регистрации продолжительности импульса стало ясно, что приразработке критериев травмобезопасности необходимо также учитывать времядействия избыточного давления.Критерии, указанные в стандартах, для военнослужащих, которыеподвержены действию избыточного давления вследствие выстрелов измалокалиберного оружия [123 – 125], устанавливают слишком жесткиетребования к предельно допустимому значению избыточного давления, так какучитывается, что выстрелы не являются однократными, и могут повторятьсяизо дня в день.Стоить отметить, что существует большая разница, между предельнодопустимыми значениями избыточного давления, установленными разнымиисследователями.

Так по данным Бресткина и Бэкера [126, 127] привоздействии пикового давления в 35 – 46 кПа (185 – 187 дБ или 0,35–0,45 атм.)наблюдаются повреждения барабанных перепонок , а давление в 103 кПа (194дБ или 1 атм.) соответствует 50 %-ной вероятности разрыва барабанныхперепонок, а по данным Фон-Гирке [128] избыточное давление 180 дБ (20 000н/м2, 0,2 атм.) – предельно переносимый уровень шума при времени действияменее 0,025 мс.Для наглядного сравнения все критерии были сведены на один график(Рис. 2.13).65Рис.