一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型

本发明涉及测试模型，尤其涉及一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型。

背景技术：

1、爆炸环境下人员损伤评估是近年来人员安全防护研究方向一直关注的重点。人体等效模型可在人员损伤评估测试中代替真实人体，对爆炸环境下人员安全防护研究的发展有着重要的作用。

2、目前，现有的损伤测试假人多采用成本较高的面向汽车碰撞试验的hybrid iii假人，hybrid iii假人专用性和高成本制约了其在破坏性试验中的应用。因此研发一种测试方便、成本较低、性能可靠、适用的简易人体测试模型具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其参照人体解剖学结构，简化设计了人体测试模型的头部、颈部、胸部、腹部、臀部、腿部和脚部，模拟了真实人体力学响应特性，能够在爆炸环境中作为人员的替身承担试验任务。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，包括模型本体，所述模型本体包括：头部件，所述头部件包括上层头骨、以及与上层头骨连接的下层头骨；颈部件，所述颈部件设置于头部件的底部；胸部件，所述胸部件与颈部件连接，所述胸部件包括支撑骨架、以及设于支撑骨架前侧部的胸部模拟肌肉和模拟胸骨；腹部件，所述腹部件设于胸部件的下方，所述腹部件与胸部件的支撑骨架连接；臀部件，所述臀部件与腹部件连接；腿部件，所述腿部件与臀部件可活动连接，所述腿部件的下端设置有脚部件。

4、通过采用上述技术方案：通过参照人体解剖学结构，简化设计了人体测试模型的头部、颈部、胸部、腹部、臀部、腿部和脚部，模拟了真实人体力学响应特性，可满足爆炸载荷作用下的人员损伤参数测试的等效性要求，能够在爆炸环境中作为人员的替身承担试验任务。该人体测试模型具有测试方便、成本较低、性能可靠的特性，并且人体测试模型可重复使用，能够节约测试成本，在爆炸载荷作用下人员损伤评估及人员防护领域起到重要作用。

5、优选地，所述头部件的上层头骨和下层头骨均为矩形结构，所述上层头骨和下层头骨之间通过四个对称分布的螺栓连接，所述下层头骨上中间位置设有第一盲孔，所述第一盲孔内设有头部加速度传感器，所述头部加速度传感器设置在头部件的质心位置，所述头部加速度传感器用于测量头部件的加速度响应。

6、优选地，所述颈部件包括多个颈部金属板、多个颈部硅胶垫和多个颈部橡胶绑带，多个颈部金属板由上至下依次设置，且相邻两个颈部金属板之间设有颈部硅胶垫；每个颈部金属板上均分别设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，多个颈部金属板之间通过贯穿第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔的颈部橡胶绑带连接；每个颈部硅胶垫的中间位置设有第一球体，所述第一球体分别凸出颈部硅胶垫的上表面和下表面；所述颈部金属板的上表面中间位置设有第一上球形槽，所述颈部金属板的下表面中间位置设有第一下球形槽。

7、通过采用上述技术方案：此处通过调节颈部橡胶绑带的预紧力以调节颈部件的力学特性，便于满足不同年龄段测试对象对颈部件力学响应特性的要求；其中，颈部件可以针对不同高度及身体比例的人群增减组合颈部金属板及颈部硅胶垫的数量，配置简单便捷，提高了颈部件的人群适用范围。

8、优选地，所述支撑骨架为整体式矩形空腔结构，所述胸部模拟肌肉和模拟胸骨依次通过螺栓叠加固定于支撑骨架的前侧部；所述模拟胸骨上安装有胸部冲击波传感器，所述支撑骨架的内部设有胸部位移传感器，所述胸部冲击波传感器和胸部位移传感器能够分别测量胸部件的冲击波压力和向内位移量。

9、优选地，所述腹部件包括腹部肌肉、以及设于腹部肌肉后侧部的腰椎部件。

10、优选地，所述腰椎部件包括多个腰椎金属板、多个腰椎硅胶垫和多个腰椎橡胶绑带，多个腰椎金属板由上至下依次设置，多个腰椎金属板之间通过腰椎橡胶绑带连接，且相邻两个腰椎金属板之间设有腰椎硅胶垫。

11、通过采用上述技术方案：此处为满足针对不同年龄段、不同身体特征的人员的腰椎力学性能，可以通过调节腰椎橡胶绑带的预紧力，模拟腰椎部件的力学性能。

12、优选地，所述臀部件包括上连接板、支撑板、下连接板和髋关节，所述上连接板通过支撑板与下连接板连接，所述髋关节与支撑板间隙配合。

13、优选地，所述支撑板上设置有第一方孔，所述第一方孔内设置有臀部加速度传感器，所述臀部加速度传感器用于测试臀部件的加速度响应。

14、优选地，所述腿部件包括大腿部件、膝关节、膝关节缓冲垫、第一小腿部件和第二小腿部件，所述大腿部件依次通过膝关节和膝关节缓冲垫分别与第一小腿部件和第二小腿部件连接，所述大腿部件的中心设置有圆柱空腔，所述第一小腿部件的底部设有腿部力传感器，所述腿部力传感器用于测试腿部件的压力响应。

15、优选地，所述人体测试模型还包括包覆于头部件、颈部件、胸部件、腹部件、臀部件、腿部件和脚部件外部的温度变色层。

16、通过采用上述技术方案：此处温度变色层可根据人体各部位的温度耐受上限，选择变色阈值相当的温度变色层，温度变色层可发生可逆变化，可实现简易人体测试模型表面温度的可视化表征。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、1、本发明通过参照人体解剖学结构，简化设计了人体测试模型的头部、颈部、胸部、腹部、臀部、腿部和脚部，模拟了真实人体力学响应特性，可满足爆炸载荷作用下的人员损伤参数测试的等效性要求，能够在爆炸环境中作为人员的替身承担试验任务。

19、2、本发明设置有多个传感器，便于测试出简易人体测试模型在爆炸载荷作用下的生物力学数据，可靠性高，测试更方便。

20、3、本发明具有测试方便、成本较低、性能可靠的特性，并且人体测试模型可重复使用，能够节约测试成本，在爆炸载荷作用下人员损伤评估及人员防护领域起到重要作用。

21、4、本发明结构简单，测试方便，可适用于爆炸环境下人员损伤评估及人员防护研究测试中，该人体测试模型的整体质量及各部件质量均接近中国第50百分位真实人体平均质量。

技术特征：

1.一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，包括模型本体，其特征在于，所述模型本体包括：

2.根据权利要求1所述的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其特征在于，所述头部件(10)的上层头骨(11)和下层头骨(12)均为矩形结构，所述上层头骨(11)和下层头骨(12)之间通过四个对称分布的螺栓连接，所述下层头骨(12)上中间位置设有第一盲孔(123)，所述第一盲孔(123)内设有头部加速度传感器(122)，所述头部加速度传感器(122)设置在头部件(10)的质心位置，所述头部加速度传感器(122)用于测量头部件(10)的加速度响应。

3.根据权利要求1所述的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其特征在于，所述颈部件(20)包括多个颈部金属板(21)、多个颈部硅胶垫(22)和多个颈部橡胶绑带(23)，多个颈部金属板(21)由上至下依次设置，且相邻两个颈部金属板(21)之间设有颈部硅胶垫(22)；每个颈部金属板(21)上均分别设有第一通孔(211)、第二通孔(212)、第三通孔(213)和第四通孔(214)，多个颈部金属板(21)之间通过贯穿第一通孔(211)、第二通孔(212)、第三通孔(213)和第四通孔(214)的颈部橡胶绑带(23)连接；每个颈部硅胶垫的(22)中间位置设有第一球体(221)，所述第一球体(221)分别凸出颈部硅胶垫(22)的上表面和下表面；所述颈部金属板(21)的上表面中间位置设有第一上球形槽(215)，所述颈部金属板(21)的下表面中间位置设有第一下球形槽(216)。

4.根据权利要求3所述的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其特征在于，所述支撑骨架(31)为整体式矩形空腔结构，所述胸部模拟肌肉(33)和模拟胸骨(34)依次通过螺栓叠加固定于支撑骨架(31)的前侧部；所述模拟胸骨(34)上安装有胸部冲击波传感器(35)，所述支撑骨架(31)的内部设有胸部位移传感器(32)，所述胸部冲击波传感器(35)和胸部位移传感器(32)能够分别测量胸部件(30)的冲击波压力和向内位移量。

5.根据权利要求1所述的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其特征在于，所述腹部件(40)包括腹部肌肉(42)、以及设于腹部肌肉(42)后侧部的腰椎部件(41)。

6.根据权利要求5所述的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其特征在于，所述腰椎部件(41)包括多个腰椎金属板(411)、多个腰椎硅胶垫(412)和多个腰椎橡胶绑带(413)，多个腰椎金属板(411)由上至下依次设置，多个腰椎金属板(411)之间通过腰椎橡胶绑带(413)连接，且相邻两个腰椎金属板(411)之间设有腰椎硅胶垫(412)。

7.根据权利要求5所述的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其特征在于，所述臀部件(50)包括上连接板(51)、支撑板(55)、下连接板(54)和髋关节(53)，所述上连接板(51)通过支撑板(55)与下连接板(54)连接，所述髋关节(53)与支撑板(55)间隙配合。

8.根据权利要求7所述的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其特征在于，所述支撑板(55)上设置有第一方孔(56)，所述第一方孔(56)内设置有臀部加速度传感器(57)，所述臀部加速度传感器(57)用于测试臀部件的加速度响应。

9.根据权利要求8所述的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其特征在于，所述腿部件(60)包括大腿部件(61)、膝关节(62)、膝关节缓冲垫(63)、第一小腿部件(64)和第二小腿部件(65)，所述大腿部件(61)依次通过膝关节(62)和膝关节缓冲垫(63)分别与第一小腿部件(64)和第二小腿部件(65)连接，所述大腿部件(61)的中心设置有圆柱空腔，所述第一小腿部件(64)的底部设有腿部力传感器(66)，所述腿部力传感器(66)用于测试腿部件的压力响应。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，其特征在于，所述人体测试模型还包括包覆于头部件(10)、颈部件(20)、胸部件(30)、腹部件(40)、臀部件(50)、腿部件(60)和脚部件(70)外部的温度变色层。

技术总结本发明涉及测试模型技术领域，尤其涉及一种适用于爆炸环境下人员损伤评估的人体测试模型，包括头部件，头部件包括上层头骨、以及与上层头骨连接的下层头骨；颈部件，颈部件设置于头部件的底部；胸部件，胸部件与颈部件连接，胸部件包括支撑骨架、以及设于支撑骨架前侧部的胸部模拟肌肉和模拟胸骨；腹部件，腹部件设于胸部件的下方，腹部件与胸部件的支撑骨架连接；臀部件，臀部件与腹部件连接；腿部件，腿部件与臀部件可活动连接，腿部件的下端设置有脚部件。本发明结构简单，并且其内部设置有多个传感器，可测试出爆炸载荷作用下的生物力学数据，能够应用在爆炸载荷作用下人员损伤评估及人员防护领域的试验测试中。技术研发人员：狄长安,左亚南,司欣格,彭澎,李大海,李斌,蔡萌,王玉龙,胡滨受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11