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Optimisation of an elastomeric pre-buckled honeycomb helmet liner for advanced impact mitigation

Autor(en): ORCID
ORCID
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Medium: Fachartikel
Sprache(n): Englisch
Veröffentlicht in: Smart Materials and Structures, , n. 9, v. 32
Seite(n): 095012
DOI: 10.1088/1361-665x/ace94b
Abstrakt:

Advances in computational modelling now offer an efficient route to developing novel helmet liners that could exceed contemporary materials’ performance. Furthermore, the rise of accessible additive manufacturing presents a viable route to achieving otherwise unobtainable material structures. This study leverages an established finite element-based approach to the optimisation of cellular structures for the loading conditions of a typical helmet impact. A novel elastomeric pre-buckled honeycomb structure is adopted and optimised, the performance of which is baselined relative to vinyl nitrile foam under direct and oblique loading conditions. Results demonstrate that a simplified optimisation strategy is scalable to represent the behaviour of a full helmet. Under oblique impact conditions, the optimised pre-buckled honeycomb liner exceeds the contemporary material performance when considering computed kinematic metrics head and rotational injury criterion, by up to 49.9% and 56.6%. Furthermore, when considering tissue-based severity metrics via finite element simulations of a human brain model, maximum principal strain and cumulative strain density measures are reduced by 14.9% and 66.7% when comparing the new material, to baseline.

Copyright: © 2023 Rhosslyn Adams, Shwe Soe, Peter Theobald
Lizenz:

Dieses Werk wurde unter der Creative-Commons-Lizenz Namensnennung 4.0 International (CC-BY 4.0) veröffentlicht und darf unter den Lizenzbedinungen vervielfältigt, verbreitet, öffentlich zugänglich gemacht, sowie abgewandelt und bearbeitet werden. Dabei muss der Urheber bzw. Rechteinhaber genannt und die Lizenzbedingungen eingehalten werden.

  • Über diese
    Datenseite
  • Reference-ID
    10734163
  • Veröffentlicht am:
    03.09.2023
  • Geändert am:
    07.02.2024
 
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