SE530225C2 - Protective helmet testing device, comprises head secured to base by mounting part comprising flexible section for simulating neck and instrument section with sensor - Google Patents

Protective helmet testing device, comprises head secured to base by mounting part comprising flexible section for simulating neck and instrument section with sensor

Info

Publication number
SE530225C2
SE530225C2 SE0400725A SE0400725A SE530225C2 SE 530225 C2 SE530225 C2 SE 530225C2 SE 0400725 A SE0400725 A SE 0400725A SE 0400725 A SE0400725 A SE 0400725A SE 530225 C2 SE530225 C2 SE 530225C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
helmet
head
impact
model head
neck
Prior art date
Application number
SE0400725A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE0400725D0 (en
SE0400725L (en
Inventor
Gustav Ingmar Johnson
Original Assignee
Gustav Ingmar Johnson
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gustav Ingmar Johnson filed Critical Gustav Ingmar Johnson
Priority to SE0400725A priority Critical patent/SE530225C2/en
Publication of SE0400725D0 publication Critical patent/SE0400725D0/en
Publication of SE0400725L publication Critical patent/SE0400725L/en
Publication of SE530225C2 publication Critical patent/SE530225C2/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
    • G01N3/303Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight generated only by free-falling weight

Landscapes

  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Helmets And Other Head Coverings (AREA)
  • Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

The helmet is placed on top of a model head which in turn is secured to a base part via a mounting part provided with instruments. The mounting part includes a flexible section secured to the base part, which has a rigidity and damping chosen so that it simulates the human neck. The flexible section comprises a soft part made from e.g. rubber. The section of the mounting part secured to the head is used to support the instrumentation comprising a six component sensor for recording force and momentum vectors transmitted to the head.

Description

530 225 å.) Denna brist i standarden kan också leda till ytterligare felaktiga resultat vid bedömning av hjälmprov.. 530 225 å.) This deficiency in the standard can also lead to further incorrect results when assessing helmet tests ..

En viktig felkälla är sålunda att, speciellt vid prov med fritt fallande huvud utan styrning, en del av den totala fallenergin i stötögonblicket transformeras om till rotationsenergi på grund av att i det allmänna fallet eccentrisk stöt förekommer. Upp till 50 procent av den ursprungliga fallenergin kan på detta sätt omvandlas till rotation , vilket alltså ej registreras under nuvarande standard (10). Den uppmätta accelerationen blir därvid mindre än om stöten varit renodlat central. Eftersom man helt bortser från rotationseffekten skulle man därför genom att göra en hjälm avlång eller med utstående partier kunna få den mera rotationsbenägen och därför med gällande provstandard falskeligen visa bättre skyddsegenskaper.An important source of error is thus that, especially in tests with a free-falling head without control, part of the total fall energy at the moment of impact is transformed into rotational energy due to the fact that in the general case eccentric shock occurs. Up to 50 percent of the original fall energy can in this way be converted into rotation, which is thus not registered under the current standard (10). The measured acceleration will then be less than if the impact had been purely central. Since the rotation effect is completely disregarded, by making a helmet elongated or with protruding parts, it would be possible to make it more prone to rotation and therefore with the current test standard falsely show better protective properties.

Till yttermera visso kan detta leda till en snedvridning av hjälmutvecklingen genom att tillverkare kan göra hjälmar med mera rotationsbenägen form för att få dem att lättare passera certifieringproven. Även om sådana avsikter ej kan sägas ha varit bestämmande för nu i bruk varande typer av hjälmar med avlång form, som t ex cykelhjälrnar, så har vissa hjälmtyper okritiskt kunna utvecklas utan att hänsyn behövt tas till den större risk för skadligt rotationsvåld som den avlånga geometrin kan medföra. Ett mera stilrnässigt utförande med strömlirijeforrn och därmed större momentupptagning har alltså kumiat prioriteras av marknadsföringsskäl, utan att den därmed ökande rotationsbenägenheten behövt beaktas. En hjälm godkänd enligt nuvarande standard innebär därför ingen garanti för fullgott huvudskydd mot yttre våld, speciellt som våldet ipraktiken oftast är kombinerat med rotation.Admittedly, this can lead to a distortion of helmet development by allowing manufacturers to make helmets with a more rotational shape to make them pass the certification tests more easily. Although such intentions cannot be said to have been decisive for currently in use types of elongated helmets, such as bicycle helmets, certain types of helmets have been able to develop uncritically without having to take into account the greater risk of harmful rotational force such as the elongated geometry may cause. A more stylistic design with a streamlined shape and thus greater torque uptake has thus been prioritized for marketing reasons, without the thereby increasing tendency to rotate having to be taken into account. A helmet approved according to the current standard therefore does not guarantee full head protection against external violence, especially as the violence in practice is usually combined with rotation.

Därtill kan även framhållas att stora differenser i resultat har konstaterats mellan CEN och ISO standardmetoder för provning av huvudskydd [l0]. Dessa metoder skiljer sig huvudsakligen genom olika grad av styrning av provhuvudet i stötögonblicket, vilket leder till en motsvarande skillnad i förlorad energi genom rotation, som inte registreras i provet. Det har visat sig att ISO-metoden med styming av fallet, och därmed mindre möjlighet till rotation, ger ett större antal underkända hjälmar än CEN-proven, som har fritt fallande huvud utan styrning. Prov enligt ISO-standarden är därför strängare än CEN eftersom med ISO en jämförelsevis större del av den totala energin påverkar hjälmen som registrerad linjär acceleration.In addition, it can also be emphasized that large differences in results have been found between CEN and ISO standard methods for testing head protection [l0]. These methods differ mainly by varying degrees of control of the sample head at the moment of impact, leading to a corresponding difference in energy lost by rotation, which is not recorded in the sample. It has been found that the ISO method of controlling the case, and thus less possibility of rotation, gives a larger number of failed helmets than the CEN tests, which have a free-falling head without control. Tests according to the ISO standard are therefore stricter than CEN because with ISO a comparatively larger part of the total energy affects the helmet as registered linear acceleration.

Detta belyser ytterligare vikten av att hänsyn tages till rotationseffekten i certifieringsprov på skyddshj älmar för att man skall kunna uppnå kompatibilitet mellan resultat från olika provriggar och laboratorier och därmed komma därhän att önskemålet på en enda globalt accepterad provningsstandard kan uppfyllas och bli realistiskt möjligt. 530 225 Beskrivning.This further highlights the importance of taking into account the rotation effect in certification tests on safety helmets in order to be able to achieve compatibility between results from different test rigs and laboratories and thus get to the point where the desire for a single globally accepted test standard can be met and become realistically possible. 530 225 Description.

Förslag till ny metodik och provrigg.Proposal for a new methodology and test rig.

Det i figur l skisserade förslaget till rigg för hjålmprovning skiljer sig från nuvarande standard främst genom att det möjliggör simulering av det allmänna och vanligaste fallet med både linjärt våld och rotation som uppkommer vid slag mot huvudet.The proposal for a rig for helmet testing outlined in lgur l differs from the current standard mainly in that it enables simulation of the general and most common case of both linear force and rotation that occurs during a blow to the head.

Metoden grundar sig på att en väl definierad stöt får träffa hjälmen, stationärt monterad på ett modellhuvud, somi sin tur är fastsatt på ett fiindament via ett instrumentcrat fäste. Detta fäste har närmast fundamentet en flexibel del med styvhet och dämpning som simulerar människans hals genom att denna del består av ett lämpligt valt mjukare element av exempelvis gummi.The method is based on a well-defined shock hitting the helmet, stationary mounted on a model head, which in turn is attached to an fi indament via an instrument crate bracket. This bracket has closest to the foundation an fl exible part with stiffness and cushioning that simulates the human neck in that this part consists of a suitably chosen softer element of, for example, rubber.

Den andra delen av fästet, närmast modcllhuvudet, uppbär instrumentering som utgörs av en sexkomponentgivare för registrering av till modcllhuvudet överförda resultanter av en krafi- och en momentvektor med vardera tre komponenter från den pålagda stöten.The second part of the bracket, closest to the module head, carries instrumentation which consists of a six-component sensor for recording results obtained to the module head of a collar and a torque vector with three components each from the applied shock.

Stöten åstadkommes lämpligen genom att en fallvikt, långsträckt för god vertikal styrning, får träffa provforemålet, hjälmen, från ett i sidled (x- och y-led) törskjutbart tom. Den vertikala styrningen utgörs av tre eller flera omgivande ståndare av exempelvis stålrör ijämn delning. Fallviktens cylindriska del kan nära ändarna förses med glidytor av exempelvis teflon för att nedbringa friktionen under fallet. Tornet är installerat på ett koordinatbord med en tung stabil bottenplatta, som har justerskruvar och skalor för inställning av givna önskade x - y förskjutningar och låsrnöjligheti detta läge till fundamentet. Tornet kan på detta sätt noggrannt positioneras för träfïpå en anslagskropp enligt figur l - 2, med minimal massa, och med anslagskroppen fasthållen mot hjälmen på den förutbestämda träffpunkten via en sele med tre eller fyra tunna radiella gummiband i horisontalplanet enligt figur 2. Fallviktens massa kan förslagsvis göras samma som den hos modellhuvud inklusive hjälm för att få samma energiinnehåll i stöten som i nuvarande standard. För ökad vertikal stabilitet hos vikten kan massan koncentreras mot viktens ändar med mellanliggande styv del, dock kan huvuddelen av massan ligga i änden närmast anslagspunkten för att få bästa sidstabilitet genom tröghetskrafterna vid sneda slag. På fundamentet firms möjlighet att installera modcllhuvudet med sin axel inom en 90-graders sektor i ett plan vinkelrätt mot tomets x-riktning och med axelns vinkel varierbar från horisontellt till vertikalt ytterläge. För varje uppsatt läge bibehålles den för hjälm- modellhuvud gemensamma tyngdpunkten i samma koordinatpunkt. Möjligheten till vinkelvariation inom nämnda sektor kan vara kontinuerlig eller i diskreta inkrement genom exempelvis solljäderfonnigt arrangerade hål inom derma sektor. Det senare för bästa möjlighet till stadig installation. Genom att modcllhuvudet därjämte är vridbart uppsatt på en hylsa med kulled utökas möjligheterna till orientering av den vertikala stöten från fallvikten mot alla önskade områden på hjälmen.The impact is conveniently achieved by allowing a drop weight, elongated for good vertical guidance, to hit the test object, the helmet, from a laterally (x- and y-direction) slidable blank. The vertical guide consists of three or fl your surrounding posts of, for example, steel pipes evenly divided. The cylindrical part of the drop weight can be provided near the ends with sliding surfaces of, for example, te fl on to reduce the friction during the fall. The tower is installed on a coordinate table with a heavy stable base plate, which has adjusting screws and scales for adjusting given desired x - y displacements and locking in this position to the foundation. The tower can in this way be accurately positioned for wood on a stop body according to fi gur l - 2, with minimal mass, and with the stop body held against the helmet at the predetermined point of impact via a harness with three or four thin radial rubber bands in the horizontal plane according to fi gur 2. suggested to be made the same as that of the model head including helmet to get the same energy content in the shock as in the current standard. For increased vertical stability of the weight, the mass can be concentrated towards the ends of the weight with an intermediate rigid part, however, the main part of the mass can lie at the end closest to the point of impact to obtain the best lateral stability through the inertial forces at oblique strokes. On the foundation there is the possibility of installing the module head with its axis within a 90-degree sector in a plane perpendicular to the x-direction of the empty space and with the angle of the axis variable from horizontal to vertical outer position. For each set position, the center of gravity common to the helmet model head is maintained at the same coordinate point. The possibility of angular variation within said sector can be continuous or in discrete increments through, for example, sun-spring-arranged holes within this sector. The latter for the best opportunity for stable installation. By the fact that the module head is also rotatably mounted on a sleeve with a ball joint, the possibilities for orienting the vertical impact from the drop weight towards all the desired areas on the helmet are increased.

I stället för etti x- och y- riktningania förskjutbart falltorn kan man alternativt ha falltomet stationärt och modcllhuvudet med dess fäste horisontellt :Eörskjutbart i nämnda riktningar. Efiersom detta dock synes vara svårare att lösa konstruktionsmässigt har här valts alternativet med rörligt tom.Instead of a fall tower which is displaceable in the x and y directions, one can alternatively have the fall inch stationary and the model head with its bracket horizontal: displaceable in the said directions. However, as this seems to be more difficult to solve in terms of construction, the alternative with variable empty space has been chosen here.

På detta sätt kan man rikta in för central eller eccentrisk stöt i önskat träfforrrråde på hjälmen med den genom fallvilctens massa och den inställda fallhöjden bestämda anslagsenergin. Därjärnte mäts viktens fallhastighet omedelbart före anslaget. För avsedd eccentrisk stöt kan önskad momentarm i relation till huvudets kända tyngdpunktsläge inställas med hjälp av justerskruvarna och måttskaloma i x- och y-led på koordinatbordet. Altemativt kan man vid uppsättningen också använda momentsignalen från krafi-momentgivaren i rnodellhuvudets hals för att därur kunna beräkna motsvarande momentarrn. En renodlat central stöt på en skyddshjälm kan liksom i nuvarande standardmetod endast åstadkommas vid slag rakt uppifrån (erown), men möjligheterna till en mera ren central stöt i andra områden är bättre med den nya metoden genom att inställningen här har ett utökat antal kontrollerade frihetsgrader. 530 225 'i Istället för fallprov kan man också använda en kalibrerad riktbar pneumatisk kanon enligt figur 3 med en kolv och en därmed förbunden axiellt rörlig stötstång (motsvarande fallvikten) för att åstadkomma stötbelasmingen mot önskat område på det stationärt monterade hjälmförsedda provhuvudet . Genom att kanonen är universellt riktbar och kan parallellförflyttas i x- och y-led relativt provhuvud och hjälm, som är centralt monterade och vridbart fästade på kulled, kan man som vid metoden med fallvikt få önskad eccentrisk eller i det närmaste rak central stöt i förutbestämt träffornråde.In this way, it is possible to aim for a central or eccentric impact in the desired impact area on the helmet with the impact energy determined by the mass of the fall weight and the set fall height. In addition, the rate of fall of the weight is measured immediately before the grant. For the intended eccentric shock, the desired torque arm in relation to the known center of gravity position of the head can be adjusted with the help of the adjusting screws and the dimensional scales in the x- and y-directions on the coordinate table. Alternatively, the torque signal from the kra fi torque sensor in the neck of the nozzle head can also be used in the set-up in order to be able to calculate the corresponding torque from it. A pure central shock on a safety helmet can, as in the current standard method, only be achieved with blows straight from above (erown), but the possibilities for a more pure central shock in other areas are better with the new method because the setting here has an increased number of controlled degrees of freedom. 530 225 'i Instead of a drop test, a calibrated directional pneumatic gun according to Figure 3 may also be used with a piston and an associated axially movable push rod (corresponding to the drop weight) to provide the impact load against the desired area of the stationary mounted helmet test head. Because the cannon is universally directed and can be moved in parallel in x- and y-directions relative to the test head and helmet, which are centrally mounted and rotatably attached to the ball joint, the desired eccentric or almost straight central shock can be obtained as predetermined in the drop weight method. hit area.

Stötstângens massa och hastighet avpassas för önskad anslagsenergi. Pneumatiken ger en relativt enkel möjlighet till automatisk återtöring av stötstången för snabbare produktion, vilket också är tänkbart om än något mera komplicerat även vid altemativet med rörligt falltorn. Metoden med fallvikt torde dock vara att föredra genom sin möjlighet till bättre precisioni förutsägelsen av anslagsenergin for varje önskat träfforrrråde, Städet i nuvarande CEN och ISO provningsstandard motsvaras i föreliggande förslag av den ovan nämnda stationära lösa anslagskroppen (enligt figur 1 och 2) med minsta möjliga massa och med instrumentering för mätning av i hjälmen ingående krafier, moment och accelerationer. Vid provningen läggs först anslagskroppen på hjälmens yta i önskat provområde och hålls där på plats i förhållande till tomets eller stötstångens centrumlinje med förut nämnda sele av gummiband i ett plan vinkelrätt mot centrumlinjen för att inte dämpa fallviktens (eller stötstångens) rörelse. Efier utlösning av fallvikten träffas anslagskroppen av viktens plana ändyta varvid stöten förmedlas till hjälmskalet.The mass and speed of the push rod are adapted to the desired impact energy. The pneumatics provide a relatively simple possibility of automatic return of the push rod for faster production, which is also conceivable, albeit somewhat more complicated, even with the alternative with a movable drop tower. The method with drop weight should, however, be preferred by its ability to better precision the prediction of the impact energy for each desired hit area. The anvil in the current CEN and ISO test standard corresponds in the present proposal to the above-mentioned stationary loose impact body (according to fi gur 1 and 2) with the least possible mass and with instrumentation for measuring the requirements, torques and accelerations included in the helmet. During the test, the stop body is first placed on the surface of the helmet in the desired test area and held in place in relation to the center line of the empty or push rod with the aforementioned rubber strap in a plane perpendicular to the center line so as not to dampen the movement of the drop weight (or push rod). When the drop weight is released, the impact body is hit by the flat end surface of the weight, whereby the impact is transmitted to the helmet shell.

Genom att enligt figuren anslagskroppen förses med sfariskt konvexa kontaktytor av lärnpligt stor krölcningsradie kan ingrepp undvikas i hjälmskalet av anslagskroppens kanter vid eccentrisk stöt.By, according to the abutment body, being provided with spherically convex contact surfaces of a radially large curling radius, intervention in the helmet shell of the edges of the abutment body can be avoided in the event of eccentric shock.

Anslagskroppens kontaktyta mot hj älmskalet kan ha en viss definierad råhet for att innefatta kontrollerad simulering av rotationsvåld genom eccentrisk stöt och friktionskrafter vid rörlig kontakt med exempelvis en vägbana. Kontaktytan mot hjälmen kan därför förses med exempelvis ett tätt mönster av inristade koncentriska cirklar med vassa åsar emellan som lämplig sfärisk friktionsyta.The contact surface of the impact body against the helmet shell may have a certain defined roughness in order to include controlled simulation of rotational force by eccentric shock and frictional forces during movable contact with, for example, a road surface. The contact surface against the helmet can therefore be provided with, for example, a dense pattern of engraved concentric circles with sharp ridges in between as a suitable spherical friction surface.

På detta sätt och med de olika inställningsmöjlighetema kan man i derma rigg också få en specificerad eccentrisk stöt med given anslagsvinkel mot hjälmens yta och minimal energiförlust genom sidorörelse hos vikt och anslagskropp, vilket dock samtidigt är under kontroll genom möjlighetema till registrering av under stötförloppet uppkomna krafter och moment. Vid krav på mycket sneda anslag mot hjälmens yta kan alternativt den separata anslagskroppen utelämnas och i stället fallviktens (stötstångens) ände utformas med friktionsyta för direktkontakt med hjälmen, där nackdelen dock kan vara problem med rörliga ledningar. Eventuellt kan anslagsytan vara utformad som en sned skiva, vilket också kunde vara försvarbart om uppmätnirrg sker av motsvarande på hjälmen verkande krafikomponcnter i sidled.. I detta fall torde skivan av viktsskäl behöva interegreras med fallvikt eller stötstång för att styras mot både tippning och axiell rotation.In this way and with the various setting options, you can also get a specified eccentric shock in this rig with a given impact angle against the helmet surface and minimal energy loss due to lateral movement of the weight and impact body, which is also under control through the possibilities of registering forces generated during the impact. and torque. In the case of very oblique abutments against the helmet surface, the separate abutment body can alternatively be omitted and instead the end of the drop weight (push rod) is designed with a friction surface for direct contact with the helmet, where the disadvantage can be problems with movable wires. The abutment surface may be designed as an oblique disc, which could also be defensible if measurements are made of corresponding lateral force acting on the helmet. In this case, for disc reasons, the disc should need to be integrated with drop weight or push rod to be controlled against both tilting and axial rotation .

Anslagskroppen kan göras i flera upplagor, utformad som en dom eller del av en puck för att möjliggöra att samma apparatur kan utnyttjas för såväl penetrationspröv på hjälmar som vid prov med simulerade puckskott mot ansiktsskydd.The stop body can be made in i your editions, designed as a judgment or part of a puck to enable the same equipment to be used for both penetration tests on helmets and in tests with simulated puck shots against face protection.

Ovan beskrivna provrigg med fallvikt kan även användas till att utsätta hjälmen för ett mera renodlat moment, via en anordning exempelvis enligt figur 4, for simulering av från hjälmen till huvudet överfört rotationsvåld. Med hjälmen installerad på modellhuvudet fästes ett (oefiergivligt) stålband på hjälmen och lindas runt denna ett eller flera varv i det önskade momentplanet. Stâlbandet bärs upp av bryttrissor enligt figur 4 och förenas i ändama med en anslagsplatta. Vid anslaget påverkas hjälmen med ett i det närmaste rent rotationsmoment. Registrering sker av såväl på hjälmen uppkommet impulsmoment genom ingångskrafien i bandet som uppmätt rcaktionsmoment i halsfästet på modellhuvudet.The test rig with drop weight described above can also be used to subject the helmet to a more pure torque, via a device for example according to Figure 4, for simulation of rotational force transmitted from the helmet to the head. With the helmet installed on the model head, a (unobstructed) steel band is attached to the helmet and wound around it one or two turns in the desired torque plane. The steel strip is supported by break pulleys according to Figure 4 and joined at the ends with a stop plate. At impact, the helmet is affected by an almost pure torque. Registration takes place both on the impulse moment generated on the helmet through the input collar in the belt and measured reaction moment in the neck bracket on the model head.

I en enldare variant av detta prov kan man tänkas använda en i sin ena ände vid hjälmen fastsatt hävarm, som i sin fria ände träfias av fallvikten.. Vid måttlig längd på hävarmen kan man vid ifrågavarande typ av provrigg få ett dominerande irnpulsmoment som dock alltid är blandat med rak central stöt. 530 225 ö' Rimliga värden på halsfastets elastieitet och dämpning skall fastställas för bästa möjliga simulering av flexibiliteten hos människans hals under verkliga förhållanden. Detta kan åstadkommas genom att enligt ovan kombinera halsgivaren med en gummidämpare närmast infästningen i fundamentet, varvid gummidämparen avpassas för normal styvhet och dämpningsegenskaper hos den mänskliga halsen.In a simpler variant of this test, it is conceivable to use a lever attached to one end of the helmet, which is supported by the drop weight at its free end. With a moderate length of the lever, a dominant torque moment can always be obtained with the type of test rig in question. is mixed with straight central shock. 530 225 ö 'Reasonable values for the elasticity and cushioning of the neck bracket shall be determined for the best possible simulation of the fl flexibility of the human neck under real conditions. This can be achieved by combining the neck sensor with a rubber damper closest to the attachment in the foundation as above, the rubber damper being adapted for normal rigidity and damping properties of the human neck.

Jämfört med nuvarande standard beräknas inflytandet av det föreslagna halsfästets naturligt låga böj styvhet ge en förlängd accelerationskarakteristik hos modellhuvudet med mera realistiska pulstider.Compared with the current standard, the influence of the naturally low flexural stiffness of the proposed neck bracket is calculated to give an extended acceleration characteristic of the model head with more realistic pulse times.

Detta torde vara önskvärt men fordrar dock en närmare undersökning för att bedöma valet mellan att anknyta till förhållandena i nuvarande standard eller till en mera avvikande men naturligt simulerad pulskarakteristik.This should be desirable, but requires a closer examination to assess the choice between linking to the conditions in the current standard or to a more deviating but naturally simulated pulse characteristic.

En datorsimuleríng av provriggen och dess funktion kommer att användas för att optimera fästets totala flexibilitet och fallviktens massa för val av rimliga värden på fallhöjden till anpassning och praktisk järnförbarhet med verkliga omständigheter beträffande hastighet och energinnehåll i stöten mot hjälm och huvud vid t ex en motorcykelolycka Olika alternativa provningsprinciper.A computer simulation of the test rig and its function will be used to optimize the overall flexibility of the bracket and the mass of the drop weight for selecting reasonable values of the drop height for adaptation and practical ironability with real circumstances regarding speed and energy content in the impact of a helmet and head in a motorcycle accident. alternative testing principles.

Här sammanfattas några olika typer av provningsprinciper som är tänkbara för certifiering av hjälmar med hänsyn tagen till skyddseffekt mot såväl linjärt våld som rotationsvåld. Möjlighet att utföra dessa prov skulle till största delen kunna inrymmas bland den föreslagna provningsriggens egenskaper.Here are summarized some different types of testing principles that are conceivable for certification of helmets, taking into account the protective effect against both linear force and rotational force. The possibility of performing these tests could for the most part be included among the properties of the proposed test rig.

Resultatdata kan omräknas för att anknyta till nuvarande standard. 1) Som intressant alternativ till nuvarande bedömningsgrund för skyddshjälmar har angivits registrering av krafier och moment istället för accelerationsmätning, vilket skulle innebära bättre möjlighet att ta hand om simulering av rotationsvåld via belastning med moment. Registreringen vid fallprovet kan innefatta krafter och moment med beräkning av exempelvis max, medelvärde, effektivvärde, skadeindex och transmissibilitet, uppmätta före och efter modellhuvud med hjälm. Här finns även möjlighet att räkna om krafter och moment till motsvarande accelerationsvärden för att anknyta till nuvarande standard. 2) Om man istället utgår direkt från aecelerationsmäminga, vilket anknuter till nuvarande standard, beräknar man på motsvarande sätt max, medelvärde, effektivvärde, skadeindex och transmissibilitet med avseende på erhållna värden för simulerat linjärt och mer eller mindre rent rotationsvåld. 3) Man kan grunda bedömningen av hjälmkvalité på. absorberad energi registrerad dels som total ingångsenergi erhållen ur fallviktens (stötstångens) hastighet och massa, dels i hjälmen lokalt dissiperad deformationsenergi mätt via ett impedanshuvud och dels den ur modellhuvudets uppmätta krafter, moment och accelerationer beräknade rest av linjär- och rotationsenergi som överförts till modellhuvudet via hjälmen vid fallprov. Impedanshuvudets funktion är att lokalt registrera accelerationer och krafter, varur motsvarande energi kan beräknas efter integration av aceelerationen. 4) Ett annat altemativ för hjälmprovning är utnyttjande av vibrationstelmik genom mätning av arnplituder för acceleration, krafter och moment och därur erhålla värden på fasvinkelvridning, resonans, transmissibilitet och dissiperad energi för att på ett bekvämt sätt erhålla dämpningen i hjälmen och därmed bedöma dess skyddande förmåga. Denna metod skulle erfordra en speciell adapter med möjlighet att applicera och mäta både drag och tryck i givna punkter och i givna riktningar på hjälmens yta. Adaptem skulle kunna utföras som en ringfonnad hållare som angriper och mäter samtidigt i två diametralt motsatta punkter på hjälmen centralt eller eccentriskt. I stället för uppfästriing av modellhuvud med hjälm på ett speciellt halsfaste kan vibrationsexiteringen enkelt tillföras ett fritt upplagt eller upphängt modellhuvud med hjälm. Den påtvingade exrteringen skulle kunna innefatta slagpåkänning genom att kopplingen till adaptem utförs med ett givet glapp för olinjär stötexitering. Metoden har begränsningar genom att den knappast kan tillämpas i alla punkter och riktningar på hjälmen, men den torde kunna användas som komplement till andra typer av prov, och vid prov där krav på snabba svar prioriteras. 530 225 i» Ovan nämnda varianter är exempel på provmetoder med möjlighet att simulera och mäta såväl rakt centralt våld som rotationsvåld mot huvudet och är förenliga med principen stationärt modellhuvud på en simulerad mänsklig flexibel hals för vektoriella mätdata. Det vore av intresse att skaffa praktisk erfarenhet av prov på olika hjälmar för att kunna välja ut någon av dessa provprinciper till att ersätta nuvarande standard eller till en början att ingå som komplement till andra metoder.Performance data can be recalculated to link to the current standard. 1) An interesting alternative to the current assessment basis for safety helmets has been the registration of requirements and torque instead of acceleration measurement, which would mean a better opportunity to take care of simulation of rotational force via load with torque. The registration for the fall test can include forces and moments with calculation of, for example, max, average value, effective value, damage index and transmissibility, measured before and after the model head with a helmet. Here it is also possible to recalculate forces and torques to the corresponding acceleration values to be linked to the current standard. 2) If one instead starts directly from acceleration measurement, which is related to the current standard, one calculates correspondingly max, mean value, effective value, damage index and transmissibility with respect to obtained values for simulated linear and more or less pure rotational force. 3) The assessment of helmet quality can be based on. absorbed energy registered partly as total input energy obtained from the velocity and mass of the drop weight (push rod), partly in the helmet locally dissipated deformation energy measured via an impedance head and partly the remnant of linear and rotational energy calculated from the model head's measured forces, torques and accelerations the helmet during a fall test. The function of the impedance head is to locally register accelerations and forces, from which the corresponding energy can be calculated after integration of the acceleration. 4) Another alternative for helmet testing is the use of vibration telemics by measuring hearths for acceleration, forces and moments and from them obtain values of phase angle rotation, resonance, transmissibility and dissipated energy to comfortably obtain the damping in the helmet and thereby assess its protective ability. . This method would require a special adapter with the ability to apply and measure both draft and pressure at given points and in given directions on the surface of the helmet. The adapter could be designed as a ring-shaped holder that attacks and measures simultaneously at two diametrically opposite points on the helmet centrally or eccentrically. Instead of attaching a model head with a helmet to a special neck bracket, the vibration excitation can easily be applied to a freely laid or suspended model head with a helmet. The forced exertion could include impact stress by making the connection to the adapter with a given clearance for nonlinear shock excitation. The method has limitations in that it can hardly be applied in all points and directions on the helmet, but it should be able to be used as a complement to other types of tests, and in tests where demands for quick answers are prioritized. 530 225 i »The above-mentioned variants are examples of test methods with the possibility of simulating and measuring both direct central force and rotational force against the head and are compatible with the principle of stationary model head on a simulated human flexible neck for vectorial measurement data. It would be of interest to gain practical experience of testing different helmets in order to be able to select one of these testing principles to replace the current standard or to initially be included as a complement to other methods.

Den praktiska möjligheten att använda den här föreslagna vibrationsmetoden för hjälmprovning avses först komma att undersökas med hjälp av en befirrtlig sirnuleringsmodell på dator. På detta sätt kan man utvärdera den möjlighet till förenkling eller komplettering av hjälmprovning som detta förslag skulle innebära. Genom studier på simuleringsmodellen kan man i förväg optimera erforderliga data på motsvarande typ av rigg för prov på skyddshjälmar med avseende på lämpliga värden för t ex effekt, frekvensomfång, resonans, fasförskjutning och amplitud hos motsvarande masselastiska system för hjälmprov i verkligheten. Den ovan nämnda möjligheten att här applicera vibrationsexiteringen mot hjälmen på ett fritt upphängt eller upplagt modellhuvud kan innebära ett förenklat provningsförfarande. Det finns också möjlighet att denna princip kan användas för att separat utprova olika dämpningsmaterial för hjälmar.The practical possibility of using this proposed vibration method for helmet testing is first intended to be investigated with the aid of a specific computer modulation model. In this way, one can evaluate the possibility of simplifying or supplementing helmet testing that this proposal would entail. Through studies on the simulation model, it is possible to optimize in advance the required data on the corresponding type of rig for tests on safety helmets with regard to suitable values for eg power, frequency range, resonance, phase shift and amplitude of corresponding mass elastic systems for helmet tests in reality. The above-mentioned possibility of applying the vibration excitation to the helmet here on a freely suspended or laid model head can mean a simplified test procedure. There is also the possibility that this principle can be used to separately test different cushioning materials for helmets.

Mätutrustning .Measuring equipment.

Ingående lokal stötkrafi på hjälmen skall mätas med givare i den tidigare nämnda anslagskroppen.Incoming local impact force fi on the helmet must be measured with sensors in the previously mentioned impact body.

Avsikten är att mäta ingående krafter och moment till storlek och riktning med en sexkomponentgivare för vektoriell registrering av tre krafi- och tre momentkomponenter Efter inledande prov med denna sexkomponentgivare kan man bedöma om utrustningen kan förenklas genom byte till en givare med färre komponenter.The intention is to measure input forces and torques to size and direction with a six-component sensor for vector registration of three kra fi and three torque components. After initial testing with this six-component sensor, it can be assessed whether the equipment can be simplified by switching to a sensor with fewer components.

Mätutrustningen i anslagskroppen innefattar alternativt också ett impedanshuvud med accelerometer och kraftgivare för en eller helst flera komponenter för mätning av lokalt absorberad energi i varje inställt stötområde på hjälmen. Dessutom kan man ur impedanshuvudets signaler för accelerationer och krafter också erhålla motsvarande riktning och resultant för dessa lokalt pålagda ingångsdata för hjälmen som underlag för beräkning av pålagt rotationsvåld. Det torde dock visa sig lämpligt att dela upp vissa prov på olika anpassade separata givare för att inte överbelasta en enda anslagskropp med flera givarfunktioner. I stället för att monteras i den lösa anslagskroppen kan givare byggas in i fallviktens (stötstångens) yttre ände för att därigenom möjliggöra snedare stöt. Detta kan dock ge vissa ledningsproblem vid stötförloppet, vilket doch är likartat vid nuvarande standardrnetod med fallande huvud. Eventuellt kan altemativet med nedan upptagna anordning för tangentiellt våld vara lämpligt i detta afall..The measuring equipment in the impact body alternatively also includes an impedance head with accelerometer and power sensor for one or preferably fl your components for measuring locally absorbed energy in each set impact area on the helmet. In addition, the corresponding direction and resultant of these locally applied input data for the helmet can also be obtained from the impedance head's signals for accelerations and forces as a basis for calculating the applied rotational force. However, it would prove appropriate to divide certain samples into different custom separate sensors so as not to overload a single impactor with your sensor functions. Instead of being mounted in the loose abutment body, sensors can be built into the outer end of the drop weight (shock bar) to thereby enable more oblique shocks. However, this can cause some conduction problems during the shock process, which is similar to the current standard method with a falling head. Optionally, the alternative with the tangential force device listed below may be suitable in this case.

Reaktionskrafter och moment på modellhuvudet, mäts med sexkomponentgivare i den närmast huvudet befintliga styva delen av halsfästet. Uppmätta data refereras här till ett koordinatsystem med origo i modellhuvudets tyngdpunkt. Detta koordinatsystem skall bindas till givarens kalibrering.Reaction forces and torques on the model head are measured with a six-component sensor in the nearest rigid part of the neck bracket. Measured data is referred here to a coordinate system originating in the center of gravity of the model head. This coordinate system must be linked to the sensor calibration.

För vektoriell mätning på modellhuvudet av både linjär- och rotationsacceleration använder man lämpligen sex, ev nio enkla accelerometrar utplacerade ortogonalt på. modellhuvudets yta med maximalt avstånd från huvudets tyngdpunkt för att få bästa möjliga precision. Signalema från dessa givare kan också användas för att erhålla motsvarande integrerade värden på huvudets hastighet och förskjutning för att tillsammans med registrerade kraft- och momentdata även ge möjlighet att beräkna den till modellhuvudet överförda energin.For vectorial measurement on the model head of both linear and rotational acceleration, six, possibly nine simple accelerometers placed orthogonally on are suitably used. the surface of the model head with the maximum distance from the center of gravity of the head to obtain the best possible precision. The signals from these sensors can also be used to obtain corresponding integrated values of the head speed and displacement in order to, together with registered force and torque data, also make it possible to calculate the energy transmitted to the model head.

Tangentiellt riktad stöt mot hjälmen kan simuleras med anordningen enligt figur 4 för rent moment, där angiven instrumentering i anslagskropp, modellhuvud och halsfäste kan användas för registrering av motsvarande data.. Denna typ av simulering kan användas för att bedöma hjälmens skyddsverkan mot rotationsvåld genom energiupptagning vid relativa rörelser i skiktet mellan huvud och hjälmskal.A tangential impact on the helmet can be simulated with the device according to fi Figure 4 for pure torque, where specified instrumentation in the impact body, model head and neck bracket can be used to record the corresponding data. This type of simulation can be used to assess the helmet's protective effect against rotational force. relative movements in the layer between the head and the helmet shell.

Hastighetsmätning på fallvikt och stötstång ingår i standardprovning och utförs med hjälp av en givare monterad så nära intill stötpunkten som möjligt. 530 225 "lr Förut nämnda förslag till metod med vibrationsexitering kräver en motsvarande dynamometer med möjlighet att generera för provet erforderliga prestanda med avseende på bl a frekvens, krafi och amplitud . I princip är ovan angivna typer av givare för krafter, moment och accelerationer tillämpliga även för detta alternativ, Diskussion Provning av skyddshjälmar är kopplad till deras förmåga att hindra skador på människans hjärna vid våld mot hjälmbärarens huvud. Tillgängliga skadekriterier för den mänskliga hjärnan är baserade på läkarvetenskapliga forskningsresultat med accelerationsmätiiingar. Det har därför legat nära till hands att vid standardiserade hjälmprov använda uppmätta aecelerationsvärden för bedömning av skyddsförmågan hos hjälmar. Om en annan typ av hjälmprov skall användas som altemativ skall den därför kunna refereras till motsvarande godtagbara aceelerationsvärde i modellhuvudets tyngdpunkt.Speed measurement on drop weight and shock bar is included in standard testing and is performed using a sensor mounted as close to the shock point as possible. 530 225 "lr The aforementioned proposed method of vibration excitation requires a corresponding dynamometer with the ability to generate the required performance for the test with respect to, among other things, frequency, power kra and amplitude. In principle, the above types of sensors for forces, torques and accelerations are also applicable for this alternative, Discussion Testing of safety helmets is linked to their ability to prevent damage to the human brain in the event of violence against the helmet wearer's head.Available injury criteria for the human brain are based on medical research results with acceleration measurements.It has therefore come close to standardized helmet tests use measured acceleration values to assess the protective capacity of helmets, if another type of helmet sample is to be used as an alternative, it should therefore be possible to refer to the corresponding acceptable acceleration value in the center of gravity of the model head.

Hittills har dock, som påpekats, endast den linjära delen av accelerationen beaktats vid certifiering av hjälmar; man bortser alltså helt från hjälmens skyddsförmåga mot rotatiönsvåld i nuvarande standard, mycket beroende på svårigheten att mäta och utvärdera rotationsvåldet och frånvaron av passande utrustning.So far, however, as has been pointed out, only the linear part of the acceleration has been taken into account in the certification of helmets; one thus completely ignores the helmet's protective ability against rotational force in the current standard, much due to the difficulty of measuring and evaluating the rotational force and the absence of suitable equipment.

Ett attraktivt alternativ vore därför att i stället för accelerationsmätning använda registrerade värden på i modellhuvudet in- och utgående krafter och moment eftersom det skulle vara enklare att via en motsvarande konventionell sexkomponentgivare (vindtunnelvåg) i varje önskad mätpunkt parvis registrera en krafi- och en mornentvektor med vardera tre komponenter för att därmed utvärdera hjälmens skyddsförrnåga med avseende på såväl rotationsvåld som rakt centralt våld, För att studera vektoriella linjär- och rotationsaccelerationer i modellhuvudets tyngdpunkt ur uppmätta kraft- och momentvärden vid nuvarande metod med standard rigg och fallande huvud utan styming kan man tänka sig att utföra inledande prov, som utöver det linjära våldet även inrymmer viss begränsad möjlighet till mätningar av rotationsvåld på det i nuvarande standard föreskrivna städet.An attractive alternative would therefore be to use recorded values of input and output forces and torques in the model head instead of acceleration measurement, as it would be easier to register a power fi and a morphine vector in pairs via a corresponding conventional six-component sensor (wind tunnel wave) in each desired measuring point. each three components to thereby evaluate the helmet's protective capacity with respect to both rotational force and straight central force, To study vectorial linear and rotational accelerations in the model head center of gravity from measured force and torque values in the current method with standard rig and falling head without steering to carry out initial tests, which in addition to the linear force also contain some limited possibility for measurements of rotational force on the anvil prescribed in the current standard.

Detta skulle då utformas som en integrerad sexkomponentgivare med möjlighet att vektoriellt registrera stötpulsema för via hjälmen i modellhuvudet ingående krafier och moment. Denna givare måste ha stor styvhet och liten tjädrad massa. Städets anslagsyta bör då också ha en viss råhet för att simulera friktion i sidled vid huvudets anslag mot exempelvis en vägyta. Eventuellt kan man då även tänka sig att snedställa städet och förse det med en större anslagsyta med låg massa. I detta fall är en sexkomponentgivare speciellt fördelaktig eftersom man därmed erhåller måtresultat till storlek och riktning för både linjärt och rotationsvåld.This would then be designed as an integrated six-component sensor with the possibility of vectorically registering the shock pulses for requirements and torques included in the model head via the helmet. This sensor must have great rigidity and small tethered mass. The impact surface of the anvil should then also have a certain roughness to simulate lateral friction at the impact of the head against, for example, a road surface. You may then also consider tilting the anvil and providing it with a larger impact surface with low mass. In this case, a six-component sensor is particularly advantageous because it thereby provides measurement results in size and direction for both linear and rotational force.

Vad som då händer under slaget är att hjälmens skal och stoppning komprimeras, varvid motsvarande defonnationsmotstånd uppstår och ökar alltefiersom deformationen fortskrider. Motståndet utgörs av krafier och moment som till sin typ kan vara exempelvis elastiska, viskösa eller friktion och har, till följd av det mass-elastiska systemet, karaktären av dämpad svångning för att med viss fastörskjutning sinsemellan uppnå ett maximum och sedan återgå för att cykliskt upprepas och bilda en högfrekvent puls. Då återgången ej är fullständig innebär detta en energiförlust, som gör att svångningens amplitud inom pulsens varaktighet snabbt minskar genom motståndet av viskös- och friktionskaraktär, vilket också yttrar sig som hysteres, kvarstående deformation och värmeutveckling intill dess att all kinetisk energi från fallvikten är uttömd. En synbar effekt av deforrnationskrafien, reaktionen, kan också bli att enheten hjälm-modellhuvud kommer att accelereras i reaktionskraftens riktning i form av en studs med rotation..What then happens during the blow is that the helmet's shell and padding are compressed, whereby the corresponding defonation resistance arises and increases as the deformation progresses. The resistance consists of forces and moments which, for their type, can be, for example, elastic, viscous or friction and, as a result of the mass-elastic system, have the character of damped oscillation in order to reach a maximum with a certain fixed displacement and then return to repeat cyclically. and form a high frequency pulse. When the return is not complete, this means an energy loss, which means that the amplitude of the oscillation within the duration of the pulse rapidly decreases through the resistance of viscose and friction character, which also manifests as hysteresis, residual deformation and heat generation until all kinetic energy from the fall weight is exhausted. A visible effect of the deformation force, the reaction, may also be that the helmet model head unit will be accelerated in the direction of the reaction force in the form of a bounce with rotation.

Frågan år nu om man kan använda i kontaktytan mellan städet och hjälmen uppmätta krafter och moment med hjälp av den i städct integrerade sexkomponentgivaren för beräkning av motsvarande linjär- och rotationsaccelerationer hänförda till den för modellhuvudet och hjälmen gemensamma tyngdpunkten. 530 225 Till en början kan man då studera fallet med ren central stöt. Om ingen annan kraft verkar på systemet kommer den på städet uppmätta resulterande reaktionskrafien att via hjälmen verka på den sammanlagda massan av modellhuvud och hjälm som därigenom får en negativ acceleration (retardation). På grund av proportionaliteten mellan kraft och acceleration kan man därför beräkna denna acceleration som hänförd till den gemensamma tyngdpunkten med kännedom om den sammanlagda massan hos modellhuvud och hjälm. Ur detta kan sedan önskade skadekriterier erhållas.The question now is whether one can use measured forces and moments in the contact surface between the anvil and the helmet with the aid of the six-component sensor integrated in the anvil for calculating the corresponding linear and rotational accelerations attributed to the center of gravity common to the model head and helmet. 530 225 At first you can then study the case with pure central shock. If no other force acts on the system, the resulting reaction force measured on the anvil will act via the helmet on the total mass of model head and helmet, which thereby has a negative acceleration (deceleration). Due to the proportionality between force and acceleration, this acceleration can therefore be calculated as attributable to the common center of gravity with knowledge of the total mass of the model head and helmet. From this, the desired damage criteria can then be obtained.

Skillnaden mellan å ena sidan accelerationsmätning i huvudets tyngdpunkt och å andra sidan mätning av krafi-momentkomponentema i kontaktytan skulle i det senare fallet förväntas bli att man här mäter en något mera odämpad karakteristik för krafi-momentkomponenterna än för accelerationer uppmätta i modellhuvudets tyngdpunkt där viss energi gått förlorad. Ett preliminärt studium bekräfiar detta och visar annars en i stort sett likformig karakteristik för båda metoderna, vilket stöder tanken på möjligheten att använda uppmätta krafter och moment för bedömning av skyddseffekten mot central stöt för olika hjälmar.The difference between on the one hand acceleration measurement in the center of gravity of the head and on the other hand measurement of the kra k-torque components in the contact surface would in the latter case be expected to measure a somewhat more unampled characteristic for the kra fi-torque components than for accelerations measured in the model head's center of gravity. lost. A preliminary study confirms this and otherwise shows a largely uniform characteristic for both methods, which supports the idea of the possibility of using measured forces and elements for assessing the protective effect against central shock for different helmets.

I det allmänna fallet med eccentrisk stöt är problemet mera komplicerat, genom att stötförloppet förutom krafivektom även innehåller en momentvektor. Hänsynstagande till rotationen kräver kännedom om koordinaterna för angreppspunlden på modellhuvud-hjälm i ett rörligt system med origo i nämnda gemensamma tyngdpunkt. Detta måste mätas upp.i relation till givaren. Hänsyn måste också tas till momentarmens förändring under stötförloppet, genom exempelvis huvudets rotationsrörelse. För principen fritt fallande huvud utan styming är därför det till huvudets koordinatsystem bundna förfarandet med accelerationsmätning mera lämpligt.In the general case of eccentric shock, the problem is more complicated, in that the shock process, in addition to the force vector, also contains a torque vector. Taking into account the rotation requires knowledge of the coordinates of the point of attack on the model head helmet in a movable system originating in said common center of gravity. This must be measured in relation to the sensor. Consideration must also be given to the change of the torque arm during the impact process, for example through the rotational movement of the head. For the principle of free-falling head without control, the method of acceleration measurement bound to the coordinate system of the head is therefore more suitable.

Eftersom vid hjälmprov baserat på mätning av kraft och moment vissa svårigheter alltså kan förväntas med att komma åt registrering av det moment som motsvarar simulerat rotationsvåld på det fritt fallande huvudet, har den altemativa metoden med stationärt huvud och fallvikt här föreslagits som en mera framkömlig väg. Den skulle ge möjlighet till enklare och bättre simulering av verkligheten exempelvis genom i detta fall mera förutsägbara, i rummet relativt stabila tröghetsaxlar under stötförloppet. De små vinkeländringar på grund av utböjningar som det är fråga om här torde kunna anses vara försumbara. Låt oss nu därför övergå till en analys av derma metod. Städet motsvaras här av fallviktens ändyta och den på provobjektet-hjälmen utlagda anslagskroppen, som med tillhörande givare vektoriellt mäter ingående stötkraft och moment på enheten hjälm-modellhuvud. Alternativt kan givaren monteras i fallviktens stötande istället för på den lösa anslagskroppen Reaktionskrafter och moment uppmätta i halsfästet motverkar de av stöten orsakade ingående krafterna och momenten på modellhuvudet och måste därför subtraheras från dessa ingående uppmätta resultat för att erhålla mot modellhuvudet resulterande krafter och moment med däremot svarande accelerationsvärden. Som en konsekvens av dettalskulle man vid ett idealiserat oändligt styvt halsfaste och modellhuvud få aceelerationen noll för modellhuvudet eftersom detta blir utan rörelse och hela den ingående kraften fortplantas till halsfastet. Detta är också orsaken till att man vid styvt halsfäste och stationärt huvud, som vid provning av industrihj älmar, ej kan hänföra proven till accelerationsrnätriing utan måste hålla sig till uppmätta krafter, som även här borde vara tidsintegrerade medelvärden eller effektivvärden av vektoriellt uppmätta resultarrter. Med den nya här föreslagna provmetoden ligger alltså den efter subtraktionen erhållna skillnaden i uppmätta krafi- och momentvärden till grund för beräkning av acceleration och skadeindices. Detta skulle alltså kunna vara tillämpligt även på den provmetod som idag användes på industrihjälmarna. Det vore värt att prova om detta skulle ge acceptabel noggrannhet även med det för detta fall mycket styva halsfästet.Since in helmet tests based on measuring force and torque, certain difficulties can thus be expected in accessing the torque corresponding to simulated rotational force on the free-falling head, the alternative method with stationary head and drop weight has been proposed here as a more passable way. It would provide an opportunity for simpler and better simulation of reality, for example through, in this case, more predictable, in-room relatively stable axes of inertia during the shock process. The small angular changes due to deflections in question here can probably be considered negligible. Let us now turn to an analysis of this method. The anvil here corresponds to the end surface of the drop weight and the impact body laid out on the test object helmet, which with associated sensors vectorically measures the input impact force and torque on the helmet model head unit. Alternatively, the sensor can be mounted in the impact weight impact instead of on the loose impact body. Reaction forces and moments measured in the neck bracket counteract the impact forces caused by the impact and the moments on the model head and must therefore be subtracted from these measured results. corresponding acceleration values. As a consequence of this, with an idealized infinitely rigid neck and model head, one would get the acceleration zero for the model head because this becomes without movement and the entire input force is propagated to the neck. This is also the reason why in the case of a rigid neck bracket and stationary head, as in the testing of industrial helmets, the tests cannot be attributed to acceleration networking but must adhere to measured forces, which here too should be time-integrated averages or effective values of vector-measured results. With the new test method proposed here, the difference in measured force and torque values obtained after subtraction is thus the basis for calculating acceleration and damage indices. This could thus also be applied to the test method currently used on industrial helmets. It would be worth trying if this would provide acceptable accuracy even with the very stiff neck strap in this case.

Ett villkor i derma typ av prov är att modellhuvudet kan betraktas som odefonnerbart; en approximation som används även i nuvarande standard. I själva verket leder dock detta till högre resultatvärden än med naturligt huvud och är därför ett strängare prov med säkrare hjälmar som följd. 530 225 Genom huvudets tröghetsmotstånd begränsas den fortsatta kompressionen av hjälmens stoppning till den punkt då all kinetisk energi hos fallvikten är förbrukad och absorberad i form av kvarstående deformation, viskös dämpning, friktion, värme och Överförd resterande kinetisk energi. En mindre del av därnpningen ligger i halsfastets gummiupphängning. Halsfastets givare mäter den via hjälm och modellhuvud till halsfästet överförda dämpade kraft som uppnås under stötpulsen.A condition in this type of test is that the model head can be considered indefinable; an approximation that is also used in the current standard. In reality, however, this leads to higher result values than with a natural head and is therefore a stricter test with safer helmets as a result. 530 225 Due to the inertia resistance of the head, the continued compression of the helmet padding is limited to the point where all the kinetic energy of the drop weight is consumed and absorbed in the form of residual deformation, viscous damping, friction, heat and transferred residual kinetic energy. A small part of the opening is located in the rubber suspension of the neck bracket. The sensor of the neck bracket measures the damped force transmitted to the neck bracket via the helmet and model head, which is achieved during the shock pulse.

Med de relativt låga värdena för den naturliga halsens styvhet kan man förvänta sig att de i anslagskroppen uppmätta tröghetskrafterna kommer att dominera över de i halsfästet uppmätta reaktionskrafierna. Skillnaden mellan dessa krafter resulterar alltså i en rörelse hos modellhuvudet som innebär en motsvarande acceleration, vilken på grund av den låga halsstyvheten kan väntas få. en liknande karakteristik som standardfallet med det fritt fallande huvudet. Den föreslagna provutrustningen kan därför alternativt också användas för direkta mätningar av max acceleration för jämförelse med nuvarande standard och möjliggöra utvärdering för val av bästa provmetod.With the relatively low values for the stiffness of the natural neck, it can be expected that the forces of inertia measured in the impact body will dominate over the reaction forces measured in the neck attachment. The difference between these forces thus results in a movement of the model head which means a corresponding acceleration, which due to the low neck stiffness can be expected to have. a characteristic similar to the standard case with the free-falling head. The proposed test equipment can therefore alternatively also be used for direct measurements of maximum acceleration for comparison with the current standard and enable evaluation for selection of the best test method.

Med det föreslagna nya provningsförfarandet söker man alltså uppnå fördelen jämfört med den gamla standarden att man får en mera fullständig och pålitlig bild av hjälmens skyddsfönnåga genom att motsvarande certifieringsprov omfattar både rak stöt och rotationsvåld. Eftersom linjär- och rotationsacceleration vid prov på modellhuvud med hjälm kan antas vara proportionella mot på deras gemensamma massa verkande krafter och moment synes det också med nuvarande typer av järnförelsevis odeformerbara modellhuvuden vara berättigat att grunda beräkningen av skadekriterier för hjälmprov på uppmätta krafter och moment istället för att som i gällande provningsstandard använda uppmätta värden på max acceleration. Fördelen med detta skulle vara att det är enklare och säkrare att mäta och hantera kraft och momentdata än motsvarande max accelerationer som vid stötprov kan visa svårbemästrad spikighet på grund av högfrekventa resonanssvängningar i accelerometem. Till syvene och sist kan man också säga att skador oftast är direkt hänförbara till uppkomna krafter.The proposed new test procedure thus seeks to achieve the advantage compared to the old standard that you get a more complete and reliable picture of the helmet's protective ability by the corresponding certification test includes both straight shock and rotational force. Since linear and rotational acceleration in tests on model heads with helmets can be assumed to be proportional to forces and torques acting on their common mass, it also seems justified with current types of iron-deformable model heads to base the calculation of damage criteria on helmet tests on measured forces and torques instead of to use measured values of maximum acceleration as in the current test standard. The advantage of this would be that it is easier and safer to measure and handle force and torque data than the corresponding maximum accelerations which in impact tests can show difficult-to-master nailing due to high-frequency resonant oscillations in the accelerometer. Finally, it can also be said that injuries are usually directly attributable to forces that have arisen.

Med en övergång till kraft och momerrtrnätning ökar också den praktiska möjligheten att provningsstandarden kan utvidgas till att produktionsmässigt ta hänsyn till rotationsvåldet. En speciell fördel ligger i att mätgivare för krafter och moment kan kalibreras med lätt tillgängliga dödviktsnonnaler. Detta skulle bidra till bättre global kompatibilitet mellan olika laboratorier och standarder. Därjämte till säkrare resultat med mindre spridning än att enbart lita till accelerometrar som i nuvarande standard, där ofta stora avstånd till behörigt kalibreringslab för denna givartyp gör att tidsintervallen mellan kontrollkalibreringar kan bli glesa, vilket innebär osäker skyddskvalite' hos certifierade marknadsförda hjälmar .With a transition to power and torque meshing, the practical possibility that the test standard can be extended to take rotational force into account in terms of production also increases. A special advantage lies in the fact that force sensors for forces and torques can be calibrated with easily accessible deadweight needles. This would contribute to better global compatibility between different laboratories and standards. In addition, to safer results with less spread than relying solely on accelerometers as in the current standard, where often large distances to the appropriate calibration lab for this sensor type means that the time intervals between control calibrations can be sparse, which means uncertain protection quality of certified marketed helmets.

Till fördelarna med den här föreslagna principen för stötprovning av skyddshjälmar kan också inbegripas att provhuvudet med hjälm är stationärt monterat på ett flexibelt fäste, vilket ger en mera verklighetstrogen simulering med hänsyn till halsens mekaniska egenskaper ifråga om styvhet och dämpning. Med detta arrangemang kan man därför anse att provningsmiljön bättre närmar sig den verkliga människokroppen än simuleringen i nuvarande standard. Genom att egenfrekvensen kan anges med en kvadratrotsfunktion blir valet av styvhet i halsfastet mindre kritiskt och likaså inverkan av ev åldringsbenägenhet hos dämparen En viktig invändning mot förfarandet med stationärt huvud och sirnulerad hals torde vara att man får stora skillnader i reaktionskrafl: mellan axiell stöt i huvud-halsrikming och stöt tvärs denna riktning.The advantages of the proposed principle for impact testing of safety helmets here may also include that the test head with helmet is stationary mounted on a flexible mount, which provides a more realistic simulation with regard to the neck's mechanical properties in terms of stiffness and cushioning. With this arrangement, it can therefore be considered that the test environment is closer to the real human body than the simulation in the current standard. Because the natural frequency can be specified with a square root function, the choice of stiffness in the neck attachment becomes less critical, as does the effect of possible propensity to age in the damper. An important objection to the procedure with stationary head and serrated neck is that there are large differences in reaction force fl: between axial shock in head neck stiffness and shock across this direction.

Det kan dock diskuteras om inte den föreslagna metoden bättre simulerar det naturliga förhållandet i människokroppen än nuvarande standardprov med fritt fallande huvud som helt bortser från möjligheten av inverkan från halsens styvhet på provresultaten. Givetvis måste dock detta undersökas med praktiska prov för att utreda kompatibiliteten med motsvarande prov i nuvarande standard.However, it can be discussed whether the proposed method does not better simulate the natural condition of the human body than the current standard sample with a free-falling head that completely ignores the possibility of the effect of neck stiffness on the test results. Of course, this must be examined with practical tests to investigate the compatibility with the corresponding tests in the current standard.

Flexibiliteten i riggens halsfaste måste också justeras för anpassning till att få en mera verklighetstrogen helkroppssimulering. Detta skulle då innebära snarare en minskad styvhet i halsfästet, som därmed ytterligare fjärmar sig från nuvarande standardprovning. 530 225 lf) För jämförelse och komplement kan man också alternativt använda sig av upptagen energi och erhållna värden på transmissibilitet. Användning av transmissibilitetsbegreppet, här grundat på förhållandet mellan energiupptagning i modellhuvud resp hjälm, vore en möjlig alternativ provmetod för att statistiskt mera riktigt bedöma skyddshjälmar och få mindre spridning i resultatet än att som nu enbart använda accelerationsmätningar som gnmd. Genom att den efterfrågade energin förutom på uppmätta krafter och moment även grundar sig på beräkning med integration av uppmätt acceleration för att fä motsvarande hastighet och förskjutning, har detta en utjärnnande effekt och gör det utgående resultatet mindre beroende av accelerationens spikighet än om max acceleration använts som bedömningsb as _ Generell användning av tidsintegrerade medelvärden, eiïektivvärden eller absolutvärden i resultatpresentationen vid hjälmprov skulle av samma skäl innebära säkrare bedömning av hjälrnars skyddskvalite. Detta bör föreskrivas i provningsstandarden, att användas jämsides med nuvarande standard, vilket vore särskilt berättigat i den mån man använder enbart max acceleration för bedömningen och inte de vedertagna skadckriterierna, HIC och GSI, som bygger på integrationsberälcriiiigar. Ändrad standard kan dock innebära att en omdeñnition av toleransgränserna måste göras, då spikigheten i nuvarande använda maxvärden irinebår att maxvärdena ligger högre än förväntade integrerade medelvärden.The flexibility of the rig's neck attachment must also be adjusted to adapt to a more realistic full-body simulation. This would then rather mean a reduced stiffness in the neck bracket, which thus further distances itself from the current standard test. 530 225 lf) For comparison and complement, one can also alternatively use absorbed energy and obtained values of transmissibility. The use of the concept of transmissibility, here based on the relationship between energy uptake in the model head or helmet, would be a possible alternative test method to statistically more correctly assess safety helmets and have less spread in the result than to now only use acceleration measurements as gnmd. Because the requested energy, in addition to measured forces and torques, is also based on calculation with integration of measured acceleration to obtain the corresponding speed and displacement, this has a smoothing effect and makes the outgoing result less dependent on the acceleration of the acceleration than if maximum acceleration was used as Assessment basis - The general use of time-integrated averages, objective values or absolute values in the presentation of results in helmet tests would, for the same reason, mean a more reliable assessment of the protection quality of the helmets. This should be prescribed in the test standard, to be used in parallel with the current standard, which would be particularly justified insofar as only maximum acceleration is used for the assessment and not the accepted damage criteria, HIC and GSI, which are based on integration criteria. A change in the standard may, however, mean that a tolerance of the tolerance limits must be made, as the spike in the currently used maximum values means that the maximum values are higher than expected integrated average values.

Eftersom vid registrerad rotationsacceleration karakteristiken innehåller både positiv och negativ amplitud, måste hänsyn tagas därtill genom tecken-oberoende beräkningar med exempelvis absolutvärden eller effektivvärden.Since in registered rotational acceleration the characteristic contains both positive and negative amplitude, this must be taken into account by character-independent calculations with, for example, absolute values or effective values.

En annan möjlighet med det nya förfarandet är att man genom mätning med impedanshuvud kan få en uppfattning om den lokala förmågan till energiabsorption vid stöt i olika områden på hjälmen.Another possibility with the new method is that by measuring with an impedance head you can get an idea of the local ability for energy absorption in the event of an impact in different areas of the helmet.

Impedanshuvudet ger kraft- och accelerationsdata, som efter integration används för energiberäkningen och därför enligt tidigare har en utjämnande eiïektpå resultatet.The impedance head provides force and acceleration data, which after integration is used for the energy calculation and therefore, as before, has a smoothing effect on the result.

Ytterligare en annan princip för hjälmprovning är förslaget med vibrationsexitering av hjälm- modellhuvud, eventuellt med glappfunktion för olinjär stötsimulering. Denna metod skulle med t ex utnyttjande av transmissibilitetsbegreppet, fasvinkelregistrering och dissiperad energi kunna utgöra ett förenklat och bekvämt alternativ eller komplement till nuvarande provstandard grundad på stötprov.Yet another principle for helmet testing is the proposal with vibration excitation of helmet model heads, possibly with a clearance function for non-linear shock simulation. With the use of the concept of transmissibility, phase angle detection and dissipated energy, this method could constitute a simplified and convenient alternative or complement to the current test standard based on shock tests.

Utrustning för vibrationsexitering av denna dignitet är omfattande och dyrbar. Om metoden efter utvärdering visar sig praktiskt användbar finns dock möjligheten att den skulle kunna tillämpas vid större provningseentra som redan har sådan utrustning, kanske med ledig kapacitet. Här finns också behov av forskning för att ta fram omräkningsfunktioner för att harmonisera derma nya metod med nuvarande skadekriterier och läkarvetenskapligt grundade toleranströsklar mot hjärnskador till följd av enstaka stötar, För att få underlag för detta skall till en början göras en litteraturstudie och datorsimulering av metoden, varefter denna variant, liksom vid övriga nya metoder, provas i praktiken för jämförelse med nuvarande standard fallprov. Vidare forskning kan ev leda fram till en förenklad, speciell vibrationsutrustning för derma typ av prov.Equipment for vibration excitation of this dignity is extensive and expensive. If the method after evaluation proves to be practically useful, however, there is the possibility that it could be applied to larger test centers that already have such equipment, perhaps with spare capacity. There is also a need for research to develop conversion functions to harmonize this new method with current injury criteria and medically based tolerance thresholds for brain damage as a result of occasional shocks. To obtain a basis for this, a literature study and computer simulation of the method must first be done. after which this variant, as with other new methods, is tested in practice for comparison with the current standard case test. Further research may lead to a simplified, special vibration equipment for this type of test.

Här angivna olika provningsmetoder kan beräkningsmässigt kopplas till medicinska skadekriterier för hjäman, Det mest bekanta kriteriet, Wayne State kurvan, bygger som tidigare nämnts på accelerationsmätiiingar i mänskliga huvuden, och ligger till grund för olika skadeindcx bl a HIC och GSI, vilka ingår i nuvarande provstandard för vissa hjälmar. Alla dessa kriterier,specie1lt de nu använda toleransgränsema för max acceleration, är emellertid, som redan berörts, ofullständigt underbyggda och gäller strängt taget bara för centrala stötar och då endast rakt uppifrån, varför de bör revideras.The various test methods listed here can be computationally linked to medical damage criteria for the brain. The most well-known criterion, the Wayne State curve, is based, as previously mentioned, on acceleration measurements in human heads, and is the basis for various damage indices such as HIC and GSI, which are included in the current test standard. for some helmets. However, all of these criteria, especially the tolerance limits now used for maximum acceleration, are, as already mentioned, incompletely substantiated and apply strictly only to central shocks and then only directly from above, so they should be revised.

Eftersom rotationsvåld ej berörs i nuvarande provningsstandard, och medicinskt vedertagna kriterier för denna typ av våld ej finns tillgängliga, bör det anslås forskningspengar för att experimentellt och ur litteraturen ta fram olika skadekriterier anpassade till aktuella behov av förbättrade standardmetoder för provning av huvudskydd. 530 225 ll Det skall också betonas att en järniörelse mellan gamla standardprov och nya varianter måste genomföras för att välja ut den bästa metoden och få acceptans för denna. Det forskningsarbete som erfordras skall omfatta utredning av såväl teoretiska relationer som resultat från jämförande praktiska prov på hjälmar.As rotational violence is not covered in the current testing standard, and medically accepted criteria for this type of violence are not available, research funding should be allocated to develop experimentally and from the literature various damage criteria adapted to current needs for improved standard methods for testing head protection. 530 225 ll It should also be emphasized that an iron movement between old standard samples and new variants must be carried out in order to select the best method and gain acceptance for it. The research work required shall include investigation of both theoretical relationships and results from comparative practical tests on helmets.

Proceduren vid hjälmprovning skall innefatta slagprov på nuvarande områden och riktningar relativt provhuvudet, men skall också kompletteras med speciella prov för simulering av renodlat rotationsvåld. Lämpligen användes då den föreslagna riggen, som kan avpassas för såväl acceleration som kraft, moment och energimätning. Särskilda fiinktionsprov skall göras dels med och dels utan anslagskropp och dels med anslagskroppens instnnnentering integrerad i stötstångens nedre ände.The procedure for helmet testing shall include impact tests on current areas and directions relative to the test head, but shall also be supplemented with special tests for simulation of pure rotational force. The proposed rig is then suitably used, which can be adapted for acceleration as well as force, torque and energy measurement. Special fi injection tests shall be performed partly with and partly without the impactor body and partly with the installation of the impactor body integrated in the lower end of the push rod.

För produktion torde den föreslagna typen av provrigg kunna mäta sig med den gamla, efiersom den medger både lättare och snabbare inställning, inklusive avfyming. En fördel är också att den nya provutrustningen går att använda för alla typer av skyddshjälmar inklusive industrihjälmar och kan dessutom ersätta tidigare separata riggar för såväl fallprov som penetrationsprov och prov på ansiktsskydd.For production, the proposed type of test rig should be able to compete with the old one, as it allows for both easier and faster setting, including firing. An advantage is also that the new test equipment can be used for all types of safety helmets, including industrial helmets, and can also replace previously separate rigs for fall tests as well as penetration tests and tests on face protection.

Sammanfattning av föreslagna provningsprinciper.Summary of proposed test principles.

Det föreligger ett behov till förbättring av nuvarande provningsstandard för skyddshjälmar med avseende på såväl central stöt som rotationsvåld mot huvudet. Nu gällande CEN- och ISO- standarder innehåller endast ofullständiga provningsföreskrifter med central stöt och saknar helt föreskrifter för prov med vanligen förekommande farligt rotationsvåld. Båda dessa två typer av våld kan simuleras i den här föreslagna typen av rigg för impaktprov med hjälm på stationärt modellhuvud, som uppbärs av ett naturligt flexibelt halsfaste. Bedömning av hjälmens skyddsförrnåga kan förutom som i nuvarande standardprov med max acceleration och härledda skadekriterier även grundas på integrerade medel-, absolut- och efiektivvärden för uppmätta krafter, moment, accelerationer och upptagen energi, erhållna ur den vektoriellt registrerade stötpulsen för såväl rakt centralt som rotationsvåld. Därtill har även vibrationsprov med uppmätta fasvinklar mellan kraft och förskjutning samt värden på motsvarande transmissibilitet, avseende nivåer av dissiperad energi, föreslagits som kompletterande mått på skyddsfömåga hos hjälmen.There is a need to improve the current test standard for safety helmets with respect to both central shock and rotational force to the head. The current CEN and ISO standards contain only incomplete test regulations with central shock and have no regulations at all for tests with commonly occurring dangerous rotational force. Both of these two types of violence can be simulated in this proposed type of rig for impact testing with a helmet on a stationary model head, which is supported by a naturally flexible neck brace. Assessment of the helmet's protective capacity can, in addition to the current standard test with maximum acceleration and derived damage criteria, also be based on integrated mean, absolute and effective values for measured forces, torques, accelerations and absorbed energy, obtained from the vectorically registered shock pulse for both central and rotational force. . In addition, vibration tests with measured phase angles between force and displacement as well as values of corresponding transmissibility, regarding levels of dissipated energy, have also been proposed as a complementary measure of the helmet's protective ability.

Föreslagna alternativa provningsprinciper i ovan angivna rigg är enligt följande: 1) Vektoriell registrering av överförda krafier och moment från en fallvikt till hjälm-modellhuvud via flerkomponentgivare dels i stötens anslagspunkt mot hjälmen och dels i modellhuvudets fäste på fundamentet med koordinatsystemet för krafter och moment refererat till modellhuvudets tyngdpunkt, varefier beräkning av motsvarande max vården, integrerade medel- effektiv- och absolutvärden för krafter, moment, accelerationer (linjär och rotation), transmissibilitet och skadeindex kan ske.Proposed alternative test principles in the above rig are as follows: 1) Vectorial registration of transferred forces and torques from a drop weight to helmet model head via fl er component component partly in the impact point of impact against the helmet and partly in the model head bracket on the foundation with coordinate system for forces and torques referred to the center of gravity of the model head, whether the calculation of the corresponding maximum care, integrated mean efficiency and absolute values for forces, torques, accelerations (linear and rotation), transmissibility and damage index can take place.

Jämför med resultat från nuvarande standard och tillgängliga skadekriteria. 2) Vektoriell registrering via dels en treaxlig accelerometer i modellhuvudets tyngdpunkt av Överförd linjär acceleration från fallvikt till hjälm och modellhuvud, dels via sex till nio accelerometrar utplacerade på modellhuvudets yta för registrering av rotationsaccelerationen hos modellhuvudet.Compare with results from current standards and available damage criteria. 2) Vectorial registration via a three-axis accelerometer in the model head's center of gravity of Transferred linear acceleration from drop weight to helmet and model head, partly via six to nine accelerometers placed on the model head's surface to record the rotational acceleration of the model head.

Använd uppmätta vektoriella värden på modellhuvudets aecelerationer (linjär och rotation), bilda max värden, integrerade medel-, effektiv; absolutvärden och skadeindex för jämförelse med nuvarande standard och tillgängliga konventionella kriteria för hjälmens skyddsfönnåga. Jämför med värden erhållna enligt föregående punkt (1). 530 225 lål 3) Registrera vektoriellt krafier och accelerationer samt lokalt Överförd energi till hjälmen via ett irnpedanshuvud i anslagspunkten med uppmätt momentarm i förhållande till tyngdpunkten för modellhuvud med hjälm. Beräkna även Överförd energi via uppmätta krafter, moment och accelerationer på modellhuvudet. Använd totala ingångsenergin (fallenergin) , den av impedanshuvudet uppmätta i hjälmen lokalt absorberade, samt den till modellhuvudet överförda energin och bilda även motsvarande transmissibilitet med avseende på absorberad energi som mått på hjälmens skyddsförrnâga. Jämför med övriga prov. 4) Istället för slagprov utsattes hjälmen för lokal vibrationsexitering ev med glappfunktion för olinjär slagkarakteristík. Detta ger möjligheter till simulering motsvarande både linjärt centralt våld och rotationsvåld via en särskild adapter för drag och tryck mot hjälmen. Registrerade värden på från hjälmen till modellhuvudet överförda krafter, moment, accelerationer och energi kan sedan uttryckas i form av transmissibilitet med värden som återspeglar hjälmens skyddsförrnåga. Även uppmätt fasvinkel mellan vektorema för krafi och förskjutning kan här användas som mått på hjälmens dämpande förmåga. Vibrationsmetoden är förenlig med det tidigare angivna arrangemanget för stationärt modellhuvud och simulerad flexibel hals med instrument för vektoriell mätning av accelerationer och/ eller krafter och moment, men skulle här kunna förenklas genom möjligheten till hängande eller fri uppläggning av modellhuvud med hjälm. Metoden kommer till en början att prövas med hjälp av en befintlig datormodell. 530 225 få Referenser [1] Lissner, H. R., Lebow, M. and Evans, F. G., "Experimental Studies on the Relation Between Acceleration and Intercranial Pressure Changes in Man," Surgery, Gynecology, and Obstetrics, Vol. III, 1960, pp. 329-338. [2] Hodgson V. R. and Patrick, L. M., "Dynarnic Response to the Human Cadaver Head Compared to a Simple Mathematical Model,“ Proceedings, 13th Stapp Conference, Society of Automotive Engineers, 1969. [3] Gadd, C. W., "Use of a Weighted Impulse Criterion for Estimating Injury Hazard," Proceedings, Tenth Car Crash Conference Paper 660703, New York, Society of Automotive Engineers, 1966. [4] Ljung, C., "On Protection Criteria in Helmet Testing with Proposed Test Method for Recreational Helmets," Technical Report SP-Rapp 1984-31, Borås, Sweden [5] Johnson, G. I., "Parameterstudie ang. Hjälmprovning, Del l och 2," Technical Report, MU-884, FFA, The Aeronautical Research Institute of Sweden, Stockholm 1974. [6] Aldrnan, B., Lundell, B., and Thorngren, L., "Helmet Attenuation of the Head Response in Oblique Impacts to the Groundj' IRCOBY Conf, Lyon, 1979. [7] Johnson, G. I., "Development of an Impact Testing Method for Protection Hehnets. " Safety In Ice Hockey". ASTM Publication Code Number 04-01050. Ann Arbor MI, 1989 [8] Margulies, S. S., and Tibault, L. E., "A Proposed Tolerance Criterion for Diffuse Axogonal Injuries in Man," Journal of Biomechanics, 1992, 25 917-923. [9] Halldin, P., Gilchrist, A. and Mills, N. J., " A New Oblique Impact Test for Motorcycle Helmetsj' Woodhead Publishing Ltd, I J Crash 2001, Vol 6 No l. Use measured vectorial values on the model head accelerations (linear and rotational), form max values, integrated mean, efficient; absolute values and damage index for comparison with current standards and available conventional criteria for the helmet's ability to protect. Compare with values obtained according to the previous point (1). 530 225 lål 3) Register vector forces and accelerations as well as locally Transferred energy to the helmet via an impedance head at the point of impact with measured torque arm in relation to the center of gravity of the model head with helmet. Also calculate Transmitted energy via measured forces, torques and accelerations on the model head. Use the total input energy (fall energy), the energy absorbed locally by the impedance head measured in the helmet, as well as the energy transferred to the model head and also form the corresponding transmissibility with regard to absorbed energy as a measure of the helmet's protective capacity. Compare with other tests. 4) Instead of impact tests, the helmet was subjected to local vibration excitation, possibly with a play function for non-linear impact characteristics. This provides opportunities for simulation corresponding to both linear central force and rotational force via a special adapter for pull and pressure against the helmet. Registered values of forces, torques, accelerations and energy transmitted from the helmet to the model head can then be expressed in the form of transmissibility with values that reflect the helmet's protective capacity. Also measured phase angle between the vectors for kra fi and displacement can be used here as a measure of the helmet's damping ability. The vibration method is compatible with the previously stated arrangement for stationary model head and simulated fl visible neck with instruments for vectorial measurement of accelerations and / or forces and moments, but could here be simplified by the possibility of hanging or free placement of model head with helmet. The method will initially be tested using an existing computer model. 530 225 few References [1] Lissner, H. R., Lebow, M. and Evans, F. G., "Experimental Studies on the Relation Between Acceleration and Intercranial Pressure Changes in Man," Surgery, Gynecology, and Obstetrics, Vol. III, 1960, pp. 329-338. [2] Hodgson VR and Patrick, LM, "Dynarnic Response to the Human Cadaver Head Compared to a Simple Mathematical Model," Proceedings, 13th Stapp Conference, Society of Automotive Engineers, 1969. [3] Gadd, CW, "Use of a Weighted Impulse Criterion for Estimating Injury Hazard, "Proceedings, Tenth Car Crash Conference Paper 660703, New York, Society of Automotive Engineers, 1966. [4] Ljung, C.," On Protection Criteria in Helmet Testing with Proposed Test Method for Recreational Helmets , "Technical Report SP-Rapp 1984-31, Borås, Sweden [5] Johnson, GI," Parameter study ang. Helmet testing, Parts 1 and 2, "Technical Report, MU-884, FFA, The Aeronautical Research Institute of Sweden, Stockholm 1974. [6] Aldrnan, B., Lundell, B., and Thorngren, L.," Helmet Attenuation of the Head Response in Oblique Impacts to the Groundj 'IRCOBY Conf, Lyon, 1979. [7] Johnson, GI, "Development of an Impact Testing Method for Protection Hehnets." Safety In Ice Hockey ". ASTM Publication Code Number 04-01050. Ann Arbor MI, 1989 [8] Margulies, SS, and Tibault, LE, "A Proposed Tolerance Criterion for Diffuse Axogonal Injuries in Man," Journal of Biomechanics, 1992, 25 917-923. [9] Halldin, P., Gilchrist , A. and Mills, NJ, "A New Oblique Impact Test for Motorcycle Helmetsj 'Woodhead Publishing Ltd, IJ Crash 2001, Vol 6 No l.

[10] Johnson, G. I., "A Comparison of Results on Helmet Impact Testing", ASTM Journal of Testing and Evaluation, Volume 31, Number 1, January 2003. 530 225 Figurbeskrivning 1 figur 1 - 4 visas principskisser av en föreslagen provrigg och detaljer därav för provning av skyddshjälmar. De i figurema ingående detaljerna och deras resp funktioner framgår av motsvarande detaljnummer i resp figur och följande beteckningar med beskrivning.[10] Johnson, GI, "A Comparison of Results on Helmet Impact Testing", ASTM Journal of Testing and Evaluation, Volume 31, Number 1, January 2003. 530 225 Figure Description Figures 1 - 4 show principle sketches of a proposed test rig and details thereof for testing safety helmets. The details included in the och gures and their respective functions are shown in the corresponding detail numbers in the respective figure and the following designations with description.

Figur 1: \Q O0\]U\(Jl«ß(J-)I\)>~4 | 10 ll 12 Figur 2: 6 _ 6.1 6.2 6.3 7 7.1 11.1 - 11,2 Figur 3: Pl P2 P3 P4 - P5 P6 P7 P8 - P9 Figur 4: M1 - M2 Sarnmanställning av provrigg Falltorn med fyra vertikala rör för styrning av fallvikten Tvärsektion av falltom Koordinatbord för positionering av falltornet i xy-planet Tung basplatta av exempelvis stål, ingår i koordinatbordet, ger stabilitet åt falltornet Fundament Hjälm med anslagskropp och irnpedanshuvud Modellhuvud med monterad hjälm i ytterläge-horisontell axel med läge justerbart i x-led Alternativ montering av modellhuvud med hjälm i ytterläge-vertikal axel med läge justerbart i z-led Modellhuvudets halsfäste med sex-komponentgivare för registrering av krafter och moment Halsfastet förbundet med modellhuvudet genom en kulled Gummiupphängning för simulering av flexibilitet i människans hals Fallvikt med glidytor, styrd av falltornets omgivande fyra rör Utlösningsmekanism for fallvikten Detaljer av provrigg Anslagskropp i läge for prov på hjälm Anslagskropp med impedanshuvud, förstorad vy med sfäriska anslagsytor Anslagsyta med ristat koncentriskt cirkelmönster, simulerar vägytans råhet Sele av gummiband för fixering av anslagskropp Modellhuvud med hjälm uppsatt för provning Del av hjälm i förstorad vy Förstorad vy av fallvikt och anslagskropp F allvikt Alternativ typ av provrigg med pneumatisk cylinder Pneumatisk cylinder med kolvstång och hastighetsmätare Snabböppnande ventil Behållare för tryckmedium, lufi eller hydraulolja Tilloppsventil Ställskruvar för vertikal och horisontell förflyttning av pneurnatiska cylindern Instrumentcrad enhet, hjälm/ modellhuvud installerad med axeln i horisontellt läge Altemativt vertikalt läge för hjälm / modellhuvud Hjälm installerad på modellhuvud Anslagskropp installerad i träffpunkten på hjälm Exempel på principer för att åstadkomma ett i det närmaste renodlat stötmoment för provning av monterad hjälm på. modellhuvud Moment i huvudets vertikala symrnetriplan Moment i huvudets horisontella referensplan 530 225 Bilaga A1 Algoritmer Krafter, moment, accelerationer och deras riktningar .Figure 1: \ Q O0 \] U \ (Jl «ß (J-) I \)> ~ 4 | 10 ll 12 Figure 2: 6 _ 6.1 6.2 6.3 7 7.1 11.1 - 11.2 Figure 3: Pl P2 P3 P4 - P5 P6 P7 P8 - P9 Figure 4: M1 - M2 Assembly of test rig Falling tower with four vertical pipes for controlling the fall weight Cross section of drop bar Coordinate table for positioning the drop tower in the xy plane Heavy base plate of eg steel, included in the coordinate table, provides stability to the drop tower Foundation Helmet with stop body and inner pedal head Model head with mounted helmet in outer position-horizontal axis with position adjustable in x-joint of model head with helmet in outer position-vertical axis with position adjustable in z-joint Model head neck bracket with six-component sensor for registration of forces and torques Neck bracket connected to the model head through a ball joint Rubber suspension for simulation of surrounding four pipes Release mechanism for drop weight Details of test rig Impact body in position for sample on helmet Impact body with impedance cap d, enlarged view with spherical abutment surfaces Impact surface with carved concentric circular pattern, simulates the roughness of the road surface Rubber strap for fixing abutment body Model head with helmet set up for testing Part of helmet in enlarged view Enlarged view of drop weight and abutment body type Alloy Pneumatic cylinder with piston rod and speedometer Quick-opening valve Container for pressure medium, lu fi or hydraulic oil Inlet valve Adjusting screws for vertical and horizontal movement of the pneumatic cylinder Instrumentcrad unit, helmet / model head installed with shaft in horizontal position Alternative model Helmet at the point of impact on the helmet Examples of principles for achieving an almost pure impact moment for testing the fitted helmet on. model head Torque in the head's vertical symmetry plane Torque in the head's horizontal reference plane 530 225 Appendix A1 Algorithms Forces, torques, accelerations and their directions.

Uppställning av algoritmer har gjorts med tanke på bästa möjliga kompabilitet mellan nuvarande och ev kommande provstandard _ A) Beräkning av storheter från uppmätta krafter och moment, Komponentema ( F ) för resulterande krafier och moment beräknas ur uppmätta signaler från en sexkomponentgivare i modellhuvudets halsinfástriing. Härvid användes denna givares kalibreringsmatris (m ) och givarens signalmatris ( S ) enligt F = m . S ( 1 ) Resulterande krafi- ( F ) och momentvärden ( M ) beräknas ur de erhållna komponentvärdena i det givna ortogonala koordinatsystemet ( xyz ) F= (2 ) M=«/ Mxz + My2+ Mä Resulterande krafiriktning är bestämd via cosinerna for vinklarna ( cpF ) mellan resultantvektorn och resp koordinataxel cpFx = acos Fx/ F rpFy acos Fy/ F (3 ) acos Fz/ F <|>Fy På samma sätt erhålles motsvarande vinklar ( qpM ) for momentresiiltantens riktning rpMx = acos Mx/ M cpMy = acos My/ M ( 4 ) mpMz = acos Mz/ M Vinklama kan järnforas för överensstämmelse. 530 225 Ha Nu är alltså vid stöten uppkomna momentana krafler ( F ) och moment ( M ) kända till storlek och riktning.Algorithms have been set up with a view to the best possible compatibility between current and possible test standards _ A) Calculation of quantities from measured forces and torques, The components (F) for resulting forces and torques are calculated from measured signals from a six-component sensor in the model head neck installation. In this case, the calibration matrix (m) of this sensor is used and the signal matrix (S) of the sensor according to F = m. S (1) Resulting requirement fi- (F) and torque values (M) are calculated from the obtained component values in the given orthogonal coordinate system (xyz) F = (2) M = «/ Mxz + My2 + Mä Resulting requirement fi direction is determined via the cosines for the angles ( cpF) between the resultant vector and the respective coordinate axis cpFx = acos Fx / F rpFy acos Fy / F (3) acos Fz / F <|> Fy In the same way the corresponding angles (qpM) are obtained for the direction of the torque resilient rpMx = acos Mx / M cpMy = acos My / M (4) mpMz = acos Mz / M The angles can be ironed for conformity. 530 225 Ha Now the momentary forces (F) and torque (M) arising at the impact are known in magnitude and direction.

Motsvarande tidrnedelvärden integrerade över pulstiden ( T ) erhålls ur de resulterande momentana krafterna och momenten enligt T Fave=(l/T),iF dt 0 (5) T Mave =(1/T)IMdr 0 B) Beräkning av storheter från uppmätta komponenter av linjär- och rotationsacceleration På analogt sätt som vid krafier och moment kan vid aeeelerationsrnâming ur sex uppmätta komponenter ( a ) i koordinatsystemet (xyz ) motsvarande värden erhållas för aceelerationen dels den linjära vektom ( aL ) och dels rotationsveldom ( aR) Alltså accelerationsvektorris storlek at = v <6) ak = och vektorriktriingar qøaLx = aeos aLx/ aL rpaLz = aeos aLz/ aL waRy cpaRz aeos aRy/ aR ( 8 ) aeos aRzJ aR 530 225 Vi C) Konvertering av uppmätta krafter och moment till motsvarande accelerationer Modellhuvudets accelerationsvärden ( aL ) och ( aR) för linjär och rotationsrörelse kan erhållas ur resultanten for uppmätta krafi- och momentvärden ( F) och ( M ) med kännedom om modellhuvudets massa ( W) och tröghetsmoment ( I ) enligt aL=F/w (9) aR=M/I Motsvarande integrerade tidsmedelvärden över pulslängden ( T) T aLave=(l/T),[F/w .dt 0 (10) T aRave =(l/T)I M/I .dt På samma sätt, genom tidsintegrering över pulslängden, behandlas såväl beräknade som direkt uppmätta storheter.Corresponding time sub-values integrated over the pulse time (T) are obtained from the resulting instantaneous forces and moments according to T Fave = (l / T), iF dt 0 (5) T Mave = (1 / T) IMdr 0 B) Calculation of quantities from measured components of linear and rotational acceleration In an analogous way as with requirements and torques, when accelerating from six measured components (a) in the coordinate system (xyz) corresponding values can be obtained for the acceleration partly the linear vector (aL) and partly rotational power (aR). = v <6) ak = and vector directions qøaLx = aeos aLx / aL rpaLz = aeos aLz / aL waRy cpaRz aeos aRy / aR (8) aeos aRzJ aR 530 225 Vi C) Conversion of measured forces and torques to corresponding accelerations Value head aL) and (aR) for linear and rotational motion can be obtained from the resultant for measured force fi and torque values (F) and (M) with knowledge of the mass (W) and moment of inertia (I) of the model head according to aL = F / w (9 ) aR = M / I Corresponding integrated time averages over pulse length (T) T aLave = (l / T), [F / w .dt 0 (10) T aRave = (l / T) IM / I .dt In the same way, by time integration over the pulse length, both calculated and directly measured quantities are processed.

Beräkning av genererad energi Totalt avgiven energi ( E ) erhålles ur stötkraften ( Fs ), beräknad med kännedom om stötstångens (fallviktens) massa ( ws ), och uppmätt hastighet (vs), summerad över pu1stiden( T). Stötstångens friktion fiårutsäties vara relativt liten och försumbar.Calculation of generated energy Total energy emitted (E) is obtained from the impact force (Fs), calculated with knowledge of the mass of the shock bar (drop weight) (ws), and measured speed (vs), summed over the pulse time (T). The friction of the push rod fi is set to be relatively small and negligible.

Fs = ws i d(vs)/dt T E = I Fs vs dt O T Vs = l d(vs) /dt dt 0 Vs E= Iwsvs d(vs) =ws(vs)2/2 (11) O 530 225 l 'äs I inrpedarishuvudet angiven energi (Eimp ) erhålles från dess accelerations- ( aimp ) och kraflvärden (Pimp) T Eimp = = jFimp aimptdt (12) 0 I modellhuvudet dissiperad linjär energi ( EL ) och rotationsenergi ( ER ) erhålles ur halsgivarens uppmätta momentana komponenter och deras beräknade resultantcr flór linjär - och rotationsacceleration ( aLh) resp ( aR ) samt motsvarande registrerade krafier ( Fmo ) och moment ( Mmo ) T EL = jFmoaLtdt 0 (13) T ER = jMmoaRtdt 0 Beräkning av transmissibilitet Som mått på en lijälms skyddsfönnåga mot hjärnskador till följd av slag mot huvudet beräknas hjälmens transmissibilitet ( Tr ), som innebär andelen från hjälm till huvud överförda medelvärdesbildade krafier ( Fave ) och moment ( Mave ), eller altemativt Överförd linjär- och rotationsacceleration (aLave) resp ( aRave) och motsvarande Överförd linjär- och rotationsenergi (ELave ) resp (ERave) .Fs = ws id (vs) / dt TE = I Fs vs dt OT Vs = ld (vs) / dt dt 0 Vs E = Iwsvs d (vs) = ws (vs) 2/2 (11) O 530 225 l ' The energy (Eimp) specified in the head is obtained from its acceleration (aimp) and demand values (Pimp) T Eimp = = jFimp aimptdt (12) 0 Linear energy (EL) dissipated in the model head and rotational energy (ER) are obtained from the measured instantaneous components of the neck sensor and their calculated results for linear and rotational acceleration (aLh) and (aR) respectively, as well as the corresponding recorded forces (Fmo) and torque (Mmo) T EL = jFmoaLtdt 0 (13) T ER = jMmoaRtdt 0 Calculation of transmissibility As a measure of the protection of a body against brain damage due to blows to the head, the helmet's transmissibility (Tr) is calculated, which means the proportion of helmet-transferred average values (Fave) and torque (Mave) transmitted from helmet to head, or alternatively Transmitted linear and rotational acceleration (aLave) or (aRave) and the like Transmitted linear and rotational energy (ELave) resp (ERa ve).

Med avseende på överförda krafier och moment TrF = Favehuvud / Favehjälm TrM = Mavehuvud/ Mavehjâlm ( 14) Med avseende på överförda accelerationer TraL = aLavehuvud / aLavehjälm 15 TraR = aRavehuvud / aRavehjälm ( ) Med avseende på Överförd energi TrEL = ELavehuvud / ELavehjälm ( 16 ) TrER = ERavehuvud / ERavehjälrn 530 225 1% Beräkning av skadeindex Skadeixidex GSI erhålles ur resultanterna för av halsgivaren registrerade krafter ( F ) och moment (M) som sedan omrâknas till motsvarande accelerationsvärden .Dessa kan också erhållas ur direkt uppmätta värden på accelerationer av linjär och rotationstyp Beräkning av (GSIL) för linjär acceleration ur registrerade krafter ( F ) och massan (Wmo) T osn. = hF/wf-f d: (17) 0 Beräkning på analogt sätt av ( GSIR ) för registrerat moment ( M), modellhuvudets tröghetsmoment ( l ) och en konverteringsfaktor eller överföringsfiinktion ( k) T Gs1R=1 0 Om linjär- och rotations acceleration ( aL ) resp ( aR) erhålles genom direkt dataregistrering blir på motsvarande sätt T Gs1L= lpaLWar (19) 0 och T osm =1 0 För att utröna om laiteriet vid rotationsvåld på detta enkla sätt som i ( 18 ) och ( 20 ) kan anlcnytas till samma typ av algoritm som vid rak stöt måste detta underbyggas med vidare forskning. 530 225 .lb Figurbeskrivning I figur 1 - 4 visas principskisser av en föreslagen provrigg och detaljer därav för provning av skyddshjälmar. De i figurerna ingående detaljerna och deras resp funktioner framgår av motsvarande detaljnummer i resp figur och följ ande beteckningar med beskrivning.With respect to transmitted forces and torques TrF = Fave head / Fave helmet TrM = Abdominal head / Abdominal helmet (14) With respect to transmitted accelerations TraL = aLave head / aLave helmet 15 TraR = aRave head / aRave helmet () With respect to Transmitted energy TrEL / 16 ) TrER = ERave head / ERave helmet 530 225 1% Calculation of damage index Damage index GSI is obtained from the results of forces registered by the neck sensor (F) and torque (M) which are then converted to corresponding acceleration values. These can also be obtained from directly measured values of accelerations of linear and rotation type Calculation of (GSIL) for linear acceleration from recorded forces (F) and mass (Wmo) T osn. = hF / wf-f d: (17) 0 Analogy calculation of (GSIR) for recorded torque (M), model moment of inertia (l) and a conversion factor or transfer function (k) T Gs1R = 1 0 About linear and rotational acceleration (aL) and (aR) obtained by direct data recording, respectively, becomes T Gs1L = lpaLWar (19) 0 and T osm = 1 0 To ascertain the latency of rotational force in this simple way as in (18) and (20) can be used for the same type of algorithm as with straight shock, this must be substantiated with further research. 530 225 .lb Figure description Figures 1 - 4 show principle sketches of a proposed test rig and details thereof for testing safety helmets. The details included in the figures and their respective functions are shown in the corresponding detail numbers in the respective figures and the following designations with description.

Figur 1: Sammanställning av provrigg 1 - Falltorn med fyra vertikala rör för styrning av fallvikten 2 - Tvärsektion av falltom 3 - Koordinatbord för positionering av falltomet i xy-planet 4 - Tung basplatta av exempelvis stål, ingår i koordinatbordet, ger stabilitet åt falltomet 5 - Fundament 6 - Hjälm med anslagskropp och impedanshuvud 7 - Modellhuvud med monterad hjälm i ytterläge-horisontell axel med läge justerbart i x-led 7.2 - Modellhuvud 8 - Alternativ montering av modellhuvud med hjälm i ytterläge-vertikal axel med läge justerbart i z-led 9 - Modellhuvudets halsfaste med sex-komponentgivare för registrering av krafier och moment Halsfastet förbundet med modellhuvudet genom en kulled 10 - Elastisk upphängning för simulering av flexibilitet i människans hals 11 - Fallvikt med glidytor, styrd av falltomets omgivande fyra rör 12 - Utlösningsmekanism för fallvikten Figur 2: Detaljer av provrigg 6 - Anslagskropp i läge för prov på hjälm 6.1 - Anslagskropp med impedanshuvud, förstorad vy med sfäriska anslagsytor 6.2 - Anslagsyta med ristat koncentriskt cirkelmönster, simulerar vägytans råhet 6.3 - Sele av elastiska band för fixering av anslagskropp 7 - Modellhuvud med hjälm uppsatt för provning 7.1 - Del av hjälm i förstorad vy 11.1 - Förstorad vy av fallvikt och anslagskropp 11.2 - Fallvikt Figur 3: Alternativ typ av provrigg med pneumatisk cylinder P1 - Pneumatisk cylinder med kolvstång och hastighetsmätare P2 - Snabböppnande ventil P3 - Behållare för tryckmedium, luft eller hydraulolja P4 - Tilloppsventil P5 - Ställskruvar för vertikal och horisontell förflyttning av pneumatiska cylindern P6 - Instrurnenterad enhet, hjälm/ modellhuvud installerad med axeln i horisontellt läge P7 - Alternativt vertikalt läge för hjälm / modellhuvud P8 - Hjälm installerad på modellhuvud P9 - Anslagskropp installerad i träffpunkten på hjälm Figur 4: Exempel på principer för att åstadkomma ett i det närmaste renodlat stötmoment för provning av monterad hjälm på modellhuvud M1 - Moment i huvudets vertikala symmetriplan M2 - Momentihuvudets horisontella referensplanFigure 1: Assembly of test rig 1 - Falling tower with four vertical pipes for controlling the fall weight 2 - Cross section of fallout 3 - Coordinate table for positioning the fallout in the xy plane 4 - Heavy base plate of eg steel, included in the coordinate table, gives stability to the fallout 5 - Foundation 6 - Helmet with impact body and impedance head 7 - Model head with mounted helmet in outer position-horizontal axis with position adjustable in x-joint 7.2 - Model head 8 - Alternative mounting of model head with helmet in outer position-vertical axis with position adjustable in z-joint 9 - Model head neck bracket with six-component sensor for registration of collars and torques Neck bracket connected to the model head by a ball joint 10 - Elastic suspension for simulation of flability in the human neck 11 - Fall weight with sliding surfaces, controlled by the fall tube's surrounding four tubes 12 - Release mechanism 2: Details of test rig 6 - Impact body in position for test on helmet 6.1 - Impact body with impedance head, enlarged v y with spherical abutment surfaces 6.2 - Impact surface with carved concentric circular pattern, simulates the roughness of the road surface 6.3 - Harness of elastic bands for fixing abutment body 7 - Model head with helmet set up for testing 7.1 - Part of helmet in enlarged view 11.1 - Enlarged view of drop weight 11 and abutment.2 - Drop weight Figure 3: Alternative type of test rig with pneumatic cylinder P1 - Pneumatic cylinder with piston rod and speedometer P2 - Quick-opening valve P3 - Container for pressure medium, air or hydraulic oil P4 - Inlet valve P5 - Adjusting screws for vertical and horizontal for pneumatic cylinders unit, helmet / model head installed with the axle in horizontal position P7 - Alternative vertical position for helmet / model head P8 - Helmet installed on model head P9 - Impact body installed at the point of impact on helmet Figure 4: Examples of principles to achieve an almost pure impact torque for testing of mounted helmet on model head M1 - Torque in the vertical plane of symmetry of the head M2 - The horizontal reference plane of the moment head

Claims (1)

1. 530 225 ll Patentkrav Krav 1, metod för provning av skyddshjälmar, innefattande simulering av olika slags specificerat yttre våld mot huvudet för att därigenom utröna hjälmens förmåga att hindra uppkomsten av hj ämskador hos bäraren vid olyckor med slag mot hans huvud, varvid nämnda metod är kännetecknad av att provobjektet hjälmen (7), är installerad på ett instrumenterat stationärt modellhuvud (7.2), och utsätts för simulerat våld genom en stötkraft genererad från en rörligt justerbar anordning Krav 2,. metod enligt krav l kännetecknad av att stötkraften vid provet genereras genom att en fallvikt (ll) med inställbar fallhöjd och ingångsenergi släpps från ett rörligt falltom (1), som med vertikal längdaxel kan parellellförflyttas i horisontalplanet med möjlighet till inriktning för önskad träffpunkt på hjälmen (7) genom att det vertikalt stående falltornet (1) bärs upp av en svängningsstabiliserande tung basplatta (4) som är fästad på ett horisontellt koordinatbord (3) för skruvinställning av falltomet ( l) till de i horisontalplanet önskade xy- koordinaterna och därmed fallviktens (l 1) träffpunkt på hjälmen (7) blir bestämd i detta plan och vars lägeskoordinater(x) och (y) kan avläsas med hjälp av till skruvinställningen hörande skalor Krav 3, metod enligt krav 2 kännetecknar! av att stötkraften istället för via en fallvikt här åstadkommes genom en anordning med tryckmedium från en uppladdningsventil (P4) till en trycktank (P3) kopplad via en kort ledning med för avfyring snabböppnande ventil (P2) till en pneumatisk eller hydraulisk cylinder med en kalibrerad kolvstång 031) som är riktbar via justerskruvar (P5) för stöt i önskat träffområde mot den på modellhuvudet (P6) installerade hjälmen (P8). Krav 4, metod enligt något av kraven l - 3, kännetecknad av att slagdonet, som kan vara exempelvis fallvikten (l 1) eller stötstången (Pl), utövar stötkraften mot den stationära hjälmen ( 7), via en mellanliggande likaledes stationär anslagskropp, (6) eller (P9), med liten massa och som spänns fast med hjälp av exempelvis en elastisk sele (6.3) i önskat läge för stötens precisa träffpunkt på hjälmen (7) eller tillhörande del därav, exempelvis ett ansiktsskydd . Krav 5, metod enligt något av kraven l - 4 kännetecknad av att det stationära modellhuvudet (7.2) med monterad hjälm (7) är fästat till ett fundament (5) via en simulerad mänsklig hals (8), (9) som närmast fundamentet har ett elastiskt dämpande element (10) for att ge fästet en flexibilitet som motsvarar den mänskliga halsens, därjämte också att fästet (8),(9) närmast modellhuvudet är instrumenterat för att vektoriellt kunna mäta reaktionerna av de krafter, moment och accelerationer som på grund av stötimpulsen från fallvikten (5) överförts via hjälmen (7) och modellhuvudet (72) till ftmdarnentet (5), varigenom även den från modellhuvudet återstående delen av ingående stötenergi kan erhållas. Krav 6, metod enligt något av kraven 1 - 5 kännetecknad av att inställning av stötens träffpunkt på hjälmen (7), förutom genom justeringsmöjlighet i xy-planet kan åstadkommas genom lutning av halsfästet i provhuvudets vertikala symmetriplan med olika attitydvinklar (a) från vertikalt läge, och därtill även inställas med möjlighet för modellhuvudet och hjälmen till rörelse med rollvinkeln (cp) omkring halsfästets längdaxel,och ytterligare möjlighet till förflyttning (ö) utmed detta halsfästes längdaxel, varj ämte ytterligare frihetsgrader kan erhållas med modellhuvudet monterat på kulled vars centrum lämpligen sarrnnanfaller med modellhuvudets tyngdpunkt. 530 225 .ll Krav 7, metod enligt något av kraven 1 - 6 kännetecknad av att data kan registreras med stationära flerkomponentgivare för vektoriella värden på såväl accelerationer som krafter och moment vid simulerat våld genom stöt mot ett stationärt provhuvud med hjälm, varvid möjlighet till förenklad datahantering kan erhållas för linjär- och rotationsaccelerationer ur registrerade krafter och moment genom kända värden på massa och tröghetsmoment, varefter sedvanlig omräkning av erhållna accelerationer kan ske till motsvarande standardiserade skadeindex exempelvis HIC och GSI, som bedömningsgrund för den provade hjälmens skyddsfónnåga, men att metoden även kan ge utrymme till ytterligare förenkling med ett färre antal vektorkomponenter för godtagbart resultat. Krav 8,. metod enligt krav 4, kännetecknad av att av de två kontaktytoma mellan slagdonet (l 1), (P1) och anslagskroppen (6), (P9) den ena är plan och den andra är svagt konvex (bomberad) (6. 1) för att undvika snedbelastning av anslagskroppen mot hjälmens yta (7.1). Krav 9,. metod enligt kraven 3 och 4 kännetecknad av att anslagskroppen (6), (P9) med sitt givararrangemang för både kraft-moment och accelerationer fungerar som ett impedanshuvud för registrering av lokal energiabsorption i träffområdet på hjälmen och att metoden for registrering av energiabsorption är möjlig även för modellhuvudet som har liknande instrumentering i halsfastet (9).Claim 1, method of testing safety helmets, comprising simulating various types of specified external force on the head, thereby ascertaining the helmet's ability to prevent the occurrence of brain injuries in the wearer in accidents with blows to his head, said method is characterized in that the test object helmet (7), is installed on an instrumented stationary model head (7.2), and is subjected to simulated force by a shock force generated from a movably adjustable device. method according to claim 1, characterized in that the impact force in the test is generated by releasing a drop weight (ll) with adjustable drop height and input energy from a movable drop blank (1), which with vertical longitudinal axis can be parallel in the horizontal plane with the possibility of aligning the desired point of impact on the helmet ( 7) by the vertical upright fall tower (1) being supported by an oscillation stabilizing heavy base plate (4) which is attached to a horizontal coordinate table (3) for screw adjustment of the fall inch (1) to the xy coordinates desired in the horizontal plane and thus the fall weight ( 1) the point of impact on the helmet (7) is determined in this plane and whose position coordinates (x) and (y) can be read by means of scales belonging to the screw setting Claim 3, method according to claim 2! that the impact force instead of via a drop weight here is provided by a device with pressure medium from a charging valve (P4) to a pressure tank (P3) connected via a short line with a quick-opening valve (P2) for firing to a pneumatic or hydraulic cylinder with a calibrated piston rod 031) which is adjustable via adjusting screws (P5) for impact in the desired hit area against the helmet (P8) installed on the model head (P6). Claim 4, method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the percussion device, which may be, for example, the drop weight (11) or the push rod (P1), exerts the impact force against the stationary helmet (7), via an intermediate like stationary abutment body, ( 6) or (P9), with a small mass and fastened by means of, for example, an elastic harness (6.3) in the desired position for the precise point of impact of the shock on the helmet (7) or associated part thereof, for example a face shield. Claim 5, method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the stationary model head (7.2) with mounted helmet (7) is attached to a foundation (5) via a simulated human neck (8), (9) which is closest to the foundation. an elastic damping element (10) to give the bracket a flexibility corresponding to the human neck, in addition to the bracket (8), (9) closest to the model head being instrumented to be able to vectorically measure the reactions of the forces, moments and accelerations due to of the shock impulse from the drop weight (5) is transmitted via the helmet (7) and the model head (72) to the sensor (5), whereby also the part of the input shock energy remaining from the model head can be obtained. Claim 6, method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that adjustment of the point of impact of the impact on the helmet (7), in addition to the possibility of adjustment in the xy-plane, can be achieved by tilting the neck bracket in the vertical plane of symmetry of the test head with different attitude angles. , and in addition also adjusted with the possibility of the model head and helmet for movement with the roll angle (cp) about the longitudinal axis of the neck bracket, and further possibility of movement (island) along the longitudinal axis of this bracket, each with additional degrees of freedom can be obtained with the model head mounted on a ball joint. with the center of gravity of the model head. 530 225 .ll Claim 7, method according to any one of claims 1 - 6, characterized in that data can be registered with stationary fl component components for vector values of both accelerations and forces and moments in simulated force by impact against a stationary test head with a helmet, whereby the possibility of simplified data handling can be obtained for linear and rotational accelerations from registered forces and moments through known values of mass and moments of inertia, after which customary recalculation of obtained accelerations can take place to corresponding standardized damage indices such as HIC and GSI, as an assessment basis for the tested helmet. may allow for further simplification with a smaller number of vector components for acceptable results. Claim 8,. method according to claim 4, characterized in that of the two contact surfaces between the percussion device (11), (P1) and the abutment body (6), (P9) one is flat and the other is slightly convex (bombarded) (6. 1) for to avoid oblique loading of the impactor against the surface of the helmet (7.1). Claim 9,. method according to claims 3 and 4, characterized in that the stop body (6), (P9) with its sensor arrangement for both torque and accelerations functions as an impedance head for recording local energy absorption in the impact area on the helmet and that the method for recording energy absorption is also possible for the model head having similar instrumentation in the neck bracket (9).
SE0400725A 2004-03-23 2004-03-23 Protective helmet testing device, comprises head secured to base by mounting part comprising flexible section for simulating neck and instrument section with sensor SE530225C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0400725A SE530225C2 (en) 2004-03-23 2004-03-23 Protective helmet testing device, comprises head secured to base by mounting part comprising flexible section for simulating neck and instrument section with sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0400725A SE530225C2 (en) 2004-03-23 2004-03-23 Protective helmet testing device, comprises head secured to base by mounting part comprising flexible section for simulating neck and instrument section with sensor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE0400725D0 SE0400725D0 (en) 2004-03-23
SE0400725L SE0400725L (en) 2005-09-24
SE530225C2 true SE530225C2 (en) 2008-04-01

Family

ID=32067479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0400725A SE530225C2 (en) 2004-03-23 2004-03-23 Protective helmet testing device, comprises head secured to base by mounting part comprising flexible section for simulating neck and instrument section with sensor

Country Status (1)

Country Link
SE (1) SE530225C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9023450B2 (en) 2011-09-06 2015-05-05 Honeywell International Inc. High lap shear strength, low back face signature UD composite and the process of making
US9023452B2 (en) 2011-09-06 2015-05-05 Honeywell International Inc. Rigid structural and low back face signature ballistic UD/articles and method of making
US9023451B2 (en) 2011-09-06 2015-05-05 Honeywell International Inc. Rigid structure UHMWPE UD and composite and the process of making
US9163335B2 (en) 2011-09-06 2015-10-20 Honeywell International Inc. High performance ballistic composites and method of making
US9168719B2 (en) 2011-09-06 2015-10-27 Honeywell International Inc. Surface treated yarn and fabric with enhanced physical and adhesion properties and the process of making
US9222864B2 (en) 2011-09-06 2015-12-29 Honeywell International Inc. Apparatus and method to measure back face signature of armor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109406034B (en) * 2018-12-03 2024-03-08 中汽研汽车检验中心(常州)有限公司 Six-component force sensor outer side assembly

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9023450B2 (en) 2011-09-06 2015-05-05 Honeywell International Inc. High lap shear strength, low back face signature UD composite and the process of making
US9023452B2 (en) 2011-09-06 2015-05-05 Honeywell International Inc. Rigid structural and low back face signature ballistic UD/articles and method of making
US9023451B2 (en) 2011-09-06 2015-05-05 Honeywell International Inc. Rigid structure UHMWPE UD and composite and the process of making
US9163335B2 (en) 2011-09-06 2015-10-20 Honeywell International Inc. High performance ballistic composites and method of making
US9168719B2 (en) 2011-09-06 2015-10-27 Honeywell International Inc. Surface treated yarn and fabric with enhanced physical and adhesion properties and the process of making
US9222864B2 (en) 2011-09-06 2015-12-29 Honeywell International Inc. Apparatus and method to measure back face signature of armor
US9821515B2 (en) 2011-09-06 2017-11-21 Honeywell International Inc. High lap shear strength, low back face signature UD composite and the process of making

Also Published As

Publication number Publication date
SE0400725D0 (en) 2004-03-23
SE0400725L (en) 2005-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101458152B (en) High g value impact acceleration simulation test system and method , test method and application
US10252106B2 (en) Golf swing analysis apparatus and golf club fitting apparatus
Kooijman et al. Experimental validation of a model of an uncontrolled bicycle
Campbell et al. Laboratory evaluation of the gForce Tracker™, a head impact kinematic measuring device for use in football helmets
CN101793582B (en) Measuring system and measuring method of mass, center of mass and moment of inertia of rigid body
Chadli et al. A new instrument for punch analysis in boxing
Sahoo et al. An accelerometer balance system for measurement of aerodynamic force coefficients over blunt bodies in a hypersonic shock tunnel
US8408042B2 (en) Device for generating impacts with a structure
CN104596693B (en) The measurement system and method for a kind of multiple multi-dimensional movement parameters for boxing
GB2377649A (en) Diagnostic Golf Club System
SE530225C2 (en) Protective helmet testing device, comprises head secured to base by mounting part comprising flexible section for simulating neck and instrument section with sensor
US11468795B2 (en) Model arm assembly for vehicle crash test dummies
CN102680257A (en) Loading device based on six-degree-of-freedom parallel mechanisms
KR102190378B1 (en) Integrated testing apparatus for a self balancing robot
Funk et al. Inertial properties of football helmets
Wang et al. A model for determining rider induced energy losses in bicycle suspension systems
JP6672617B2 (en) Golf club fitting device, method and program
Matsui et al. Development of JAMA—JARI pedestrian headform impactor in compliance with ISO and IHRA standards
Chadli et al. Quantification of boxing gloves damping: Method and apparatus
Rueda-Arreguín et al. Impact Device for Biomechanics of Human Head‐Neck Injuries
US9881137B2 (en) Golf club fitting apparatus
Rueda Arreguín et al. Design of a test bench to simulate cranial sudden impact
Yu et al. Head–neck finite element model of the crash test dummy THOR
WO2009035364A1 (en) Training device - dynamometer for measuring impact dynamic parameters
JP2017023690A (en) Fitting device of golf club, method and program

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed