Analysis of injuries resulting from impacts with motorcycle helmets

Abstract

Neste trabalho efetua-se uma avaliação do desempenho de um capacete rodoviário já comercializado e aprovado pela maioria das normas de segurança atuais. Este desempenho é avaliado através da reprodução fidedigna de impactos semelhantes aos que ocorrem comumente em acidentes reais, onde ambos os movimentos, translacionais e rotacionais estão presentes. Duas validações foram realizadas por comparação com resultados experimentais: uma relativa ao modelo constitutivo do poliestireno expandido, que integra a camada de absorção de energia do capacete e outra relativa aos valores das acelerações do centro de gravidade da cabeça após os impactos definidos pela norma de segurança ECE R22. Após validação, um impacto oblíquo foi simulado e os resultados foram comparados com os valores limites de traumatismo craniano, a fim de prever as lesões na cabeça resultantes de acelerações rotacionais, não previstas na norma referida. A partir desta comparação, concluiu-se que lesões cerebrais, tais como concussão e lesão axonal difusa podem ocorrer mesmo com um capacete rodoviário que foi aprovado pela maioria das normas atuais, e apenas replicando um impacto que vulgarmente é observado em colisões reais. As mesmas lesões foram previstas após avaliação das lesões num impacto da norma ECE R22 com uma cabeça biomecânica modelada em elementos finitos. As conclusões apontam para uma recomendação assertiva no sentido de que os efeitos decorrentes de desacelerações rotacionais devem também ser contemplados pelas normas de segurança vigentes e que os procedimentos de teste actuais devem ser melhorados, especialmente a cabeça de teste, a qual não é capaz de prever lesões, para promover a segurança entre os motociclistas.

In this work it is carried out the performance assessment of a motorcycle helmet, approved by the majority of current standards and already placed on the market. The evaluation is based on accurate reproduction of impacts that are similar to the ones that commonly occur in real crashes, where both motions, translational and rotational are considered. The numerical framework is validated against two di erent set of experimental results. The first concerns the constitutive model of the expanded polystyrene, the material responsible for energy absorption during impact; the second related to the head's centre of mass acceleration after the impacts de ned in the European ECE R22 standard. Both were validated against experimental data. Doing so, an oblique impact was simulated and the results were compared against head injury thresholds in order to predict the resultant head injuries. From this comparison, it was concluded that brain injuries such as concussion and di use axonal injury can occur even with a helmet that was approved by the majority of the helmet standards, that unfortunately do not contemplate rotational components of acceleration. The same lesions were predicted after assessing injuries resulting from an impact de ned by the ECE R22 standard with a biomechanical FE head model. At the end, conclusion points out a strong recommendation on the necessity of including rotational motion in forthcoming motorcycle helmet standards and improving the the actual test procedures, especially the test headform, which is not able to predict lesions, to improve the safety between the motorcyclists.