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ENM-2D: Modelo Numérico Eficiente Para a Simulação do Mecanismo de Lesão Whiplash

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A presente dissertação tem como objetivo desenvolver e validar um modelo multicorpo computacionalmente eficiente, capaz de simular o mecanismo de lesão whiplash, deno- minado Efficient Neck Model 2D (ENM-2D). As lesões whiplash são das mais comuns em colisões rodoviárias, localizam-se maioritariamente no pescoço e são particularmente difíceis de detetar. Por esse motivo o adequado acompanhamento dos pacientes pode ficar comprometido. Recorreu-se ao modelo computacional Human Body Model da TNO (TNO-HBM) para servir de referência para o ENM-2D. O novo modelo foi construido com base na geometria e propriedades de massa do TNO-HBM e utilizou-se como rigidez e amortecimento os valores verificados na bibliografia. Para validar o ENM-2D, foi simulado o ensaio da Applied Biomechanics Laboratory of Marseille (LAB) e a sua resposta foi comparada com a do TNO-HBM. O amortecimento e rigidez das ligações do modelo foram identificadas através de um processo de otimização, de modo a validar a resposta do ENM-2D. O modelo final foi utilizado para simular o ensaio da Japanese Automobile Research Institute (JARI) e a resposta foi comparada com os dados de voluntários desse ensaio, com os dados da validação do TNO-HBM e o dados da validação de um outro modelo bidimensional o Himmetoglu-Human Body Model (H-HBM). Verificou-se que a resposta do ENM-2D apresenta um comportamento mais próximo ao do TNO-HBM, mas diferente dos voluntários e, portanto, considera-se que o modelo apenas se encontra validado para simular o ensaio da LAB.
The present dissertation aims to develop and validate a computationally efficient multibody model, capable of simulating the whiplash injury mechanism, called Efficient Neck Model 2D (ENM-2D). Whiplash injuries are one of the most common in road collisions, they are mainly located in the neck and are particularly difficult to detect. For this reason, adequate patient monitoring may be compromised. The TNO-Human Body Model (TNO-HBM) computational model was used to serve as a reference for the ENM-2D. The new model was built based on the geometry and mass properties of the TNO-Human Body Model (TNO-HBM) and the values found in the literature were used as stiffness and damping. To validate the ENM-2D, the Applied Biomechanics Laboratory of Marseille (LAB) test was simulated and its response was compared with that of the TNO-HBM. The damping and stiffness of the model’s connections were identified through an optimization process, in order to validate the ENM-2D response. The final model was used to simulate the Japanese Automobile Research Institute (JARI) test and the response was compared with that of the volunteers, as well as the data from the validation of the TNO-HBM and the validation data from another two-dimensional model the Himmetoglu-Human Body Model (H-HBM). It was found that the ENM-2D response presents a behavior closer to that of the TNO-HBM, but different from that of volunteers and, therefore, the model was considered only validated to simulate the LAB test.

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Palavras-chave

Biomecânica do impacto Dinâmica de Multicorpo Whiplash Otimização

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