Numerical Tests of the Virtual Human Model Response Under Dynamic Load Conditions Defined in Federal Aviation Regulation Part 23.562 and 25.562 – Preliminary Study

• Autorzy: Lindtstedt L. , Vychytil J. , Dziewonski T. , Hyncik L.

Identyfikatory

DOI

10.1515/meceng-2016-0029

Warianty tytułu

PL

Symulacje numeryczne reakcji modelu ciała człowieka na obciążenia dynamiczne zdefiniowane w normach FAR 23.562 i 25.562 – badania wstępne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main aim of the presented research was to check mechanical response of human body model under loads that can occur during airplane accidents and compare results of analysis with some results of experimental tests described in literature. In simulations, new multi-purpose human body model, the VIRTHUMAN, was used. The whole model, as well as its particular segments, was earlier validated based on experimental data, which proved its accuracy to simulate human body dynamic response under condition typical for car crashes, but it was not validated for loads with predominant vertical component (loads acting along spinal column), typical for airplane crashes. Due to limitation of available experimental data, the authors focused on conducting calculations for the case introduced in 14 CFR: Parts 23.562 and 25.562, paragraph (b)(1), knowing as the 60 pitch test. The analysis consists in comparison of compression load measured in lumbar section of spine of the FAA HIII Dummy (experimental model) and in the Virthuman (numerical model). The performed analyses show numerical stability of the model and satisfactory agreement between experimental data and simulated Virthuman responses. In that sense, the Virthuman model, although originally developed for automotive analyses, shows also great potential to become valuable tool for applications in aviation crashworthiness and safety analyses, as well.

PL

Głównym celem pracy była analiza odpowiedzi modelu numerycznego ciała człowieka na obciążenia typowe dla wypadków lotniczych i porównanie rezultatów z wynikami testów eksperymentalnych opisanych w literaturze. Badaniu poddano nowo opracowany model człowieka, przeznaczony do symulowania dynamiki ciała ludzkiego poddanego różnym rodzajom i kierunkom obciążeń, o nazwie VIRTHUMAN. Model jako całość, podobnie jak jego pojedyncze komponenty, został wcześniej zweryfikowany w oparciu o wyniki testów eksperymentalnych, które dowiodły jego przydatności do symulowania dynamiki ciała człowieka poddanego obciążeniom typowym dla tych występujących podczas wypadków samochodowych. Jak do tej pory nie przeprowadzono jednak badań uwzględniających siły o dominującej składowej pionowej (działające wzdłuż kolumny kręgosłupa), typowe dla wypadków lotniczych. Z powodu małej liczby dostępnych danych eksperymentalnych, badania ograniczono do przypadków opisanych w paragrafie (b)(1) części 23.562 oraz 25.562 regulacji FAR. Przeprowadzone analizy polegały na porównaniu siły ściskającej zarejestrowanej w odcinku lędźwiowym kręgosłupa manekina FAA HIII (model eksperymentalny) i VIRTHUMAN-a (model numeryczny). Uzyskane rezultaty dowiodły stabilności numerycznej modelu i zadowalającej zgodności jego dynamiki z wynikami testów eksperymentalnych. Pozwala to stwierdzić, że model VIRTHUMAN, przeznaczony pierwotnie do analiz w przemyśle samochodowym, może się stać bardzo przydatnym narzędziem do badań nad bezpieczeństwem podczas wypadków lotniczych.

Słowa kluczowe

EN

seat certification; human model; Virthuman; computer simulation

PL

certyfikacja fotela; model ciała człowieka; model Virthuman; symulacja komputerowa

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. LXIII, nr 4
• Strony: 511--530
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Lindtstedt L.

• Warsaw University of Technology, Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warsaw, Poland

autor

Vychytil J.

• University of West Bohemia, New Technologies Research Centre Univerzitni 8, 306 14 Plzen, Czech Republic

autor

Dziewonski T.

• Warsaw University of Technology, Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warsaw, Poland

autor

Hyncik L.

• University of West Bohemia, New Technologies Research Centre Univerzitni 8, 306 14 Plzen, Czech Republic

Bibliografia

• [1] Improved Seats in Air Carrier Transport Category Airplanes. 14 CFR Part 121. [Docket No. FAA-2002-13464 2, Amendment No.121-315] Final Rule. Federal Register: September 27, 2005. http://rgl.faa.gov/Regulatory_and_Guidance_Library/rgfinalrule.nfs/0/df02e83a968757e68625708a00714f48.
• [2] https://www.easa.europa.eu/document-library/bilateral-agreements.
• [3] T.R. Hurley and J.M. Vandenburg. Small Airplane Crashworthiness Design Guide. Simula Technologies TR-98099, Phoenix, April 2002.
• [4] Dynamic Evaluation of Seat Restraint Systems and Occupant Protection on Transport Category Airplanes / with Change 1. AC 25.562-1B. Federal Aviation Administration. January 10, 2006.
• [5] S.J. Hooper and M.J. Henderson. Development and Validation of an Aircraft Seat Cushion Component Test – Volume I. Report No. DOT/FAA/AR-05/5,I, March 2005.
• [6] P. Bhonge. A methodology for aircraft seat certification by dynamic finite element analysis. Ph.D. Thesis, Wichita State University, 2008.
• [7] Methodology for Dynamic Seat Certification by Analysis for use in Parts 23, 25, 27 and 29 Airplanes and Rotorcraft. AC 20-146. Federal Aviation Administration, May 19, 2003.
• [8] G. Olivares. Dynamic Seat Certification by Analysis: Volume II – FAA Hybrid III ATD Dynamic Evaluation NIAR Test Series. NIAR Technical Report FAA-002D, Wichita, KS, September 2009.
• [9] MADYMO Human Body Models Manual. Release 7.5. TASS BV, Delft, The Netherlands, 2013.
• [10] MADYMO Model Manual. Release 7.5. TASS BV, Delft, The Netherlands, 2013.
• [11] J. Manas, L. Kovàr, J. Petrík, H. Cechová and S. Špirk S. Validation of human body model VIRTHUMAN and its implementation in crash scenarios. In Advances in Mechanisms Design: Proceedings of TMM 2012, pages 351-356, doi: 10.1007/978-94-007-5125-5_46.
• [12] L. Hyncik, H. Cechová H., L. Kovár and P. Blaha. On Scaling Virtual Human Models. SAE Technical Paper 2013-01-0074, March 2013, doi: 10.4271/2013-01-0074.
• [13] J. Vychytil, J. Manas, H. Cechova, S. Spirk L. Hyncik and L. Kovar. Scalable multi-purpose virtual human model for future safety assessment. SAE Technical Paper 2014-01-0534, January 2014, doi: 10.4271/2014-01-0534.
• [14] O. Oliva-Perez. Evaluation of the FAA Hybrid III 50th percentile anthropometric test dummy under the FAR 23.562 and 25.562 emergency landing conditions for the combined horizontal-vertical dynamic loading. Master Thesis, Wichita State University, 2010.
• [15] U.S. Department of Transportation. 49 Code of Federal Regulations Part 572, Subpart B.
• [16] Emergency landing dynamic conditions. 14 CFR 23.562. Federal Aviation Administration. FAA webpage.
• [17] Emergency landing dynamic conditions. 14 CFR 25.562. Federal Aviation Administration. FAA webpage.
• [18] www.niar.wichita.edu/researchlabs/pdf/CDL_Facilities_Equipment_March2012.pdf.
• [19] PAMCRASH Handbooks.
• [20] P. Blaha. Anthropometric studies of the Czechoslovak population from 6 to 55 years. volume 1, part 2, Praha, 1987 (in Czech).
• [21] L. Lindstedt. Dynamical behaviour of a composite cockpit of PW-5 glider when hitting against a ground barrier – the issue of pilot’s safety. Ph.D. Thesis, Warsaw University of Technology, 2010. (in Polish).
• [22] L. Lindstedt, M. Rodzewicz, C. Rzymkowski and K. Kędzior. Experimental study of impact phenomena in case of a composite glider. Technical Soaring, 33(2):54-62, 2009.
• [23] L. Lindstedt, C. Rzymkowski and K Kędzior. Experimental and numerical investigations on pilot-glider-environment system during the impact against a deformable barrier. In Proceedings of the 13th World Congress in Mechanism and Machine Science, pages 1-8, Guanajuato, México, 19-25 June, 2011.
• [24] L. Lindstedt. Numerical simulation of glider crash against a non-deformable barrier. Archive of Mechanical Engineering, 58(2):245-265, 2011. doi: 10.2478/v10180-011-0017-3.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)