Analiza naprężeń i odkształceń powstałych w wyniku uderzenia tępym narzędziem w czaszkę ludzką

• Autorzy: Stopel Michał , Guziwelakis Adriana

Identyfikatory

DOI

10.37660/dme.2020.16.8.6

Warianty tytułu

EN

Analysis of stresses and deformations resulting from punches on the human skull with the blunt tool

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obrażenia głowy jako następstwa urazów stanowią często przedmiot oceny w praktyce sądowo-lekarskiej. Odtworzenie okoliczności wystąpienia urazu ma kluczowe znaczenie dla organów procesowych. W niniejszej pracy przedstawiono analizę naprężeń oraz odkształceń czaszki człowieka na skutek uderzenia tępym narzędziem. Badania oparto na modelu czaszki uzyskanym w wyniku przeprowadzonego badania z zastosowaniem tomografu komputerowego, przetworzonym przy użyciu odpowiednich narzędzi CAD oraz CAE. Analizy numeryczne o charakterze nieliniowym w dziedzinie czasu, z zastosowaniem oprogramowania LS-Dyna, pozwoliły na zobrazowanie zmian zachodzących w czaszce człowieka podczas uderzenia oraz na ocenę jego skutków. W pracy wykazano, że stosunkowo niewielka siła uderzenia może doprowadzić do znaczących obrażeń organizmu. W wyniku uderzenia powstają liczne pęknięcia, a naprężenie oraz odkształcenie rozchodzi się po kościach czaszki promieniście od miejsca uderzenia. Do tego doprowadzić może do przemieszczeń organów znajdujących się wewnątrz czaszki, które w wyniku uderzenia obijają się o jej ścianki, co powoduje wystąpienie obrażeń wtórnych.

EN

Head injuries as a consequence of accidents are often assessed in forensic medical practice. Recreating the circumstances of the injury is crucial for the judicial authorities. This study analyzes the stresses and deformations of the human skull as a result of a blunt tool impact. The research was based on a model of the skull obtained as a result of an examination with the use of a computer tomograph, processed with the use of appropriate CAD and CAE tools. The conducted numerical analyzes, non-linear in the time domain, with the use of the LS-Dyna software, allowed to visualize the changes taking place in the human skull during the impact and to evaluate its effects. The study showed that a relatively small impact force can lead to significant bodily injuries. As a result of the impact, numerous fractures are formed, and the stress and deformation propagate across the bones of the skull radially from the place of impact. This can lead to the displacement of organs inside the skull, which, as a result of the impact, bump into its walls, which leads to secondary injuries.

Słowa kluczowe

PL

LS-Dyna; MES; obrażenia głowy; tomografia czaszki; modelowanie materiału kości

EN

LS-Dyna; FEM; head injuries; computer tomography; bone material modeling

• Wydawca: Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Bydgoskiej im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich
• Czasopismo: Developments in Mechanical Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 16(8)
• Strony: 63--72
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stopel Michał

• Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Al. prof. S. Kaliskiego 7, 85-796 Bydgoszcz, Polska

autor

Guziwelakis Adriana

• Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Al. prof. S. Kaliskiego 7, 85-796 Bydgoszcz, Polska

Bibliografia

• [1] Berny, W., Rudnicki, J., Zub, W.L., "Neurotraumatologia część 2 - Urazy czaszko- wo-mózgowe i twarzowo-czaszkowe", UM Wrocław, wyd. 1., Wrocław 2014.
• [2] Bochenek, A., Reicher, M., "Budowa ogólna czaszki. Anatomia człowieka", PZWL Warszawa, 2014. s. 99-135.
• [3] Cross, R., "Mechanics of swinging bat", American Journal of Physics, Vol. 77, No. 1, s. 36-43, 2009, doi: 10.1119/1.2983146.
• [4] Deck, C., Nicolle, S., Willinger, R., "Human head FE modeling: Improvements of skull geometry and brain consisutive laws", IRCOBI Conference - Graz (Austria), wrzesień 2004.
• [5] Głowacki, J., Marek, Z., "Urazy czaszki i mózgu rozpoznawanie i opiniowanie", KWM, Kraków 2000.
• [6] Mahinda, H.A.M., Murty, O.P., "Variability in thickness of human skull bones and sternum - an autopsy experience", Indian Journal of Forensic Medicine & Technology, Vol 126, No. 2, 2019, s. 26-31.
• [7] Raszeja, S., Nasiłowski, W., Markiewicz, J., "Medycyna sądowa. Podręcznik dla studentów", Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich, Warszawa 1990.
• [8] Sąsiadek, M., Turek, T., Hendrich, B., et. al., "Diagnostyka neuroobrazowa urazów cza- szkowo-mózgowych", [W:] W. Berny, J. Rudnicki, W. L. Zub, „Urazy czaszkowo-mózgowe i twarzowo-czaszkowe", UM Wrocław, wyd. 1., Wrocław 2014.
• [9] Sahoo, D., Deck, C., Yoganandan, N., Willinger, R., "Anisotropic composite human skull model and skull fracture validation against temporo-parietal skull fracture", Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Vol. 28, 2013, s. 340-353, doi: 10.1016/j.jmbbm.2013.08.010.
• [10] Stopel, M., "Metodyka wyznaczania stałych dla modelu konstytutywnego i modelu uszkodzenia Johnsona-Cooka", UTP Bydgoszcz 2020.
• [11] Teresiński, G., "O ustalaniu okoliczności urazu głowy", Archiwum Medycyny Sądowej i Kryminologii, Vol. 52, No. 2, 2002, s. 65-83.
• [12] Urbaniak, A., Chrzan, R., "Zastosowanie badania tomografii komputerowej (TK) dla potrzeb medycyny sądowej", Przegląd lekarski, Vol. 70, No. 5, 2013, s. 229-242.

Uwagi

Błędny numer DOI