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Biomechanische Beanspruchung beim Sturz auf Möbelkanten

Simulation im Auftrag des Instituts für Arbeitsschutz

Branche: Konsumgüter/Gebrauchsgüter, Ing.-Büro/Entwicklungsdienstl.Fachgebiet: Strukturmechanik, Biomechanik

Das Institut für Arbeitsschutz (IFA) unterstützt die gesetzlichen Unfallversicherungsträger in Deutschland bei naturwissenschaftlich-technischen Fragestellungen im Arbeits- und Gesundheitsschutz. Für einen Gefahrenszenario im Kindergarten wandte man sich an CADFEM.

Zusammenfassung

Aufgabe

Zur Ermittlung verschiedener Belastungsszenarien auf einen Kinderkopf bei einem Sturz mit anschließendem Aufprall auf einem Möbelstück sind in der Regel aufwendige Versuchsreihen notwendig, um entsprechende Richtlinien zur Ausgestaltung von Möbelkanten zu erarbeiten. Simulation soll dieses Verfahren vereinfachen.

Lösung

Als Grundlage der Simulation dienten reale CT-Daten (Computertomographie), die in ein digitales Geometriemodell (STL) überführt und anschließend mit ANSYS ICEM für die numerische Berechnung vernetzt wurden. Die Aufprallsimulationen erfolgten mittels der LS-DYNA ACT-Extension innerhalb der ANSYS Workbench.

Kundennutzen

Das zusätzliche Know-how wurde genutzt, um den Designentscheidungsprozess zu erleichtern und die F&E-Kosten zu senken. Als Ergebnis konnte die tatsächliche Testzeit innerhalb der Windkanalanlage auf lediglich einen halben Tag reduziert werden.

Projektdetails

Aufgabe

Das Institut für Arbeitsschutz (IFA) unterstützt die gesetzlichen Unfallversicherungsträger in Deutschland bei naturwissenschaftlich-technischen Fragestellungen im Arbeits- und Gesundheitsschutz. Zur Ermittlung verschiedener Belastungsszenarien auf einen Kinderkopf bei einem Sturz mit anschließendem Aufprall auf einem Möbelstück sind in der Regel aufwendige Versuchsreihen notwendig, um entsprechende Richtlinien zur Ausgestaltung von Möbelkanten zu erarbeiten. Selbstverständlich scheiden Humanversuche aus. Deshalb untersucht das IFA in diesem Zusammenhang neue Verfahren, mit denen belastbare Aussagen zum Schadensbild getroffen werden können. In Zusammenarbeit mit CADFEM wurde ein Simulationsmodell erstellt, das genau diese Fragestellung beantworten sollte.


Nutzen für den Kunden

Da aus ethischen Gründen keine Aufpralltests durchführbar sind, müssen entsprechende Untersuchungen mit Dummies oder virtuellen Modellen erfolgen. Gegenüber aufwendigen Dummy-Versuchsreihen, mit denen auch nur sehr begrenzte Ergebnisse erzielt werden können, bringt die numerische Simulation enorme Vorteile. Mit einem einmal erstellten Simulationsmodell können in kurzer Zeit verschiedenste Varianten des Sturzes simuliert, automatisiert ausgewertet und miteinander verglichen werden. Beim Dummy-Versuch muss jeweils genau definiert werden, an welcher Stelle welche Informationen (z.B. Kräfte oder Beschleunigungen) gemessen und ausgewertet werden sollen. Bei der Simulation stehen dagegen jederzeit alle Information im gesamten Körpermodell zur Verfügung. Weiterhin lässt sich mit CT-Daten ein realistisches Kopfmodell erstellen, das auch Daten aus dem Schädelinneren liefert.


Lösung

Als Grundlage der Simulation dienten reale CT-Daten (Computertomographie), die in ein digitales Geometriemodell (STL) überführt und anschließend mit ANSYS ICEM für die Numerische Berechnung vernetzt wurden. Die Aufprallsimulationen erfolgten mittels der LS-DYNA ACT Extension innerhalb der ANSYS Workbench. Nach der Erstellung des Simulationsmodells und eines entsprechenden Workflows konnten durch Variation verschiedener Parameter unterschiedliche Aufprallszenarien berechnet und ausgewertet werden. Unter anderem wurden verschiedene Aufprallpunkte – wie Stirn und Wange – berücksichtigt sowie Aufprallgeschwindigkeiten und Kantenradien modifiziert.


Leiter Support

Produkt-Anwendungen im Projekt