Analysis of the movement of human volunteers for THUMS modelling

El desarrollo e implementación de herramientas de simulación para seguridad de automoción tiene que estar correlado con datos experimentales para validar los modelos. La implementación de estos lleva a reducciones en costes y desperdicios, pero también permite la obtención de soluciones más óptimas inalcanzables por medios físicos. Modelos CAE con biomecánica fiel al cuerpo human permite diseñar sistemas con respuestas más adaptativas para reducir las muertes y lesiones derivadas de accidentes de tráfico.

Este estudio correla los resultados de SENIORS 2017 con simulaciones en LS-DYNA usando THUMS V5.03 como modelo humano. La simulación esta configurada usando un modelo CAE de la bancada del ensayo y aplicando el mismo pulso de aceleración. Las simulaciones se lanzan con y sin activación muscular relajada, con y sin respaldo y con coeficientes de fricción 0.3, 0.5 y 0.8 entre el asiento y el THUMS, haciendo un total de doce casos de simulación. Los resultados muestran las limitaciones del modelo, el ensayo cuenta con un pretensor de 50 N no incluido en el modelo, THUMS tiene un desplazamiento hacia abajo al principio de todos los casos debido a la ausencia de deformaciones y cargas iniciales en los músculos del modelo después de la presimulación para posicionarlo y el modelo de THUMS y el voluntario tienen una diferencia en masa de 10 kg mientras que la altura es la misma.

El caso con activación muscular y coeficiente de fricción 0.5 tiene un 8.5% de error para la excursión máxima de la cabeza y 14.2% de error para la excursión máxima de la pelvis con respecto a la media de las muestras de SENIORS 2017, siendo el caso de simulacion con mejores resultados en combinación para los dos parámetros, siendo la divergencia en la tensión del cinturón más acusada debido a la diferencia de masa entre sujetos.

Development and implementation of simulation tools for automotive safety has to
be correlated with experimental data to validate the computer-based models. The
implementation of these leads to great reductions in cost and waste, but also allow
to reach solutions not feasible with physical tests. Reliable CAE models with
biofidelic biomechanics would reduce the needs for physical test and will allow
to more iterative developments, reaching more accurate and adaptative responses
from safety systems to reduce car related fatalities and injuries.
This study correlates the results from the SENIORS 2017, young volunteer tests
with LS-DYNA simulations using THUMS V5.03 as surrogate. The simulation
model is setup using a CAE model of the sled used in the tests and applying the
same acceleration pulse. Simulations are run with and without muscle activation
relax, with and without backrest and with friction coefficients 0.3, 0.5, and 0.8
between THUMS and the seat; making a total of nine simulation cases. Simulation
results show limitations of the model, the setup of the test has a 50 N pretension
that couldn’t be included in the model, THUMS has a downwards displacement
at the beginning of every simulation due to the lack of muscle initial strain and
stress of the muscles after the presimulation of the model to position it, and the
mass of volunteer 14 and THUMS differ in 10 kg while the height is the same.
The case with muscle activation and friction coefficient 0.5 has 8.5% error for
maximum head excursion and 14.2% error for maximum H-point excursion with
respect to the average of SENIORS test samples, being the simulation case with
best performance combined for both parameters, and in the case of belt tension,
divergence is more accused due to the difference in mass.