Development of a new cycling helmet standard for improved head impact protection
Authors: Ζούζιας Δημήτριος 
Published: March 2023

Το ποδήλατο είναι ένα δημοφιλές άθλημα και ένας εύκολος τρόπος μετακίνησης με πολλά οφέλη για την υγεία, αλλά ενέχει και κινδύνους, όπως τραυματισμούς στο κεφάλι. Τα ιατρικά δεδομένα και οι μελέτες για την αποκατάσταση ατυχημάτων έχουν καθιερώσει την κοινή αντίληψη ότι τα περισσότερα ατυχήματα με ποδήλατο περιλαμβάνουν λοξές κρούσεις που οδηγούν σε τραυματισμούς λόγω συνθηκών περιστροφικής φόρτισης που προκαλούνται στον εγκέφαλο. Τα συμβατικά κράνη δεν διαθέτουν ειδικούς μηχανισμούς που στοχεύουν στον μετριασμό της περιστροφικής επιτάχυνσης, καθώς δεν αποτελεί ακόμη απαίτηση στα πρότυπα δοκιμών κράνους. Ως αποτέλεσμα, τα ποδηλατικά κράνη πρέπει να εξελιχθούν για να προστατεύονται καλύτερα από τέτοιους τραυματισμούς. Ταυτόχρονα, οι διαδικασίες πιστοποίησης θα πρέπει να συμβαδίζουν με την ακριβή αναπαραγωγή αυτών των συνθηκών ατυχήματος. Παρόλο που επί του παρόντος υπάρχουν πολλές διαφορετικές τεχνολογίες διαθέσιμες που υπόσχονται να μειώσουν την επίδραση της περιστροφικής επιτάχυνσης κατά τη διάρκεια μιας πρόσκρουσης, η έλλειψη επίσημων προτύπων δοκιμών σημαίνει ότι η αξιολόγησή τους βασίζεται σε προσαρμοσμένες ρυθμίσεις που μπορεί να διαφέρουν μεταξύ τους και μπορεί να μην είναι επαρκώς αντιπροσωπευτικό πραγματικών συνθηκών ατυχήματος.Δεύτερον και παράλληλα με τον πρώτο στόχο, μελετήθηκαν διαφορετικές παράμετροι που επηρεάζουν τη βιοπιστότητα της διαδικασίας δοκιμής. Τα δύο πιο σημαντικά που διερευνήθηκαν ήταν η παρουσία λαιμού και τριχωτού της κεφαλής. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι και οι δύο παράμετροι μπορούν να έχουν σημαντική επίδραση στην κινηματική της κρούσης. Καταδεικνύουν την ανάγκη για περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη βιοιδελικών υποκατάστατων για να επιβεβαιωθούν και να επεκταθούν τα τρέχοντα ευρήματα πριν από την εφαρμογή τους σε ένα τελικό πρωτόκολλο δοκιμών.Τρίτον, έπρεπε να αναπτυχθούν τα εργαλεία για μια μεθοδολογία σχεδιασμού κράνους ποδηλάτου, τα οποία να πιστοποιούνται από την καθορισμένη διαδικασία δοκιμών, αλλά να είναι ελκυστικά και να υιοθετούνται εύκολα από τους καταναλωτές. Για το σκοπό αυτό, ήταν απαραίτητη η ανάπτυξη και η επικύρωση ενός εικονικού μοντέλου FE κράνους κρούσης, με την ενσωμάτωση επαρκών μοντέλων και δεδομένων υλικού. Αυτό θα απαιτούσε: 1) Μια πρόσφατα αναπτυγμένη μέθοδο δοκιμής για την εκτέλεση δοκιμών εφελκυσμού σε αφρό EPS σε διαφορετικούς ρυθμούς παραμόρφωσης. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν για τον καθορισμό ενός μοντέλου υλικού εξαρτώμενου από την πυκνότητα και τον ρυθμό παραμόρφωσης, που εφαρμόστηκε στο FEA σε συνδυασμό με ένα μοντέλο θρυμματιζόμενου αφρώδους υλικού. 2) Η ανάπτυξη και η επαλήθευση ενός μοντέλου FEA του συγκροτήματος κεφαλής-κράνος, χρησιμοποιώντας πειράματα κρούσης σε τρία διαφορετικά κράνη ποδηλάτου.Τέταρτον, η μεθοδολογία και οι γνώσεις που αποκτήθηκαν για την ανάπτυξη νέων ιδεών για την επόμενη γενιά κρανών εφαρμόστηκαν για να προταθεί μια νέα ιδέα για την επόμενη γενιά κρανών. Η ιδέα κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και τα πειράματα σε πρωτότυπα κράνη επικύρωσαν την ιδέα εργασίας.Οι στόχοι αυτής της διδακτορικής έρευνας ήταν πολλαπλοί καθώς στοχεύει να προωθήσει τις προϋπάρχουσες γνώσεις σχετικά με τις δοκιμές λοξής πρόσκρουσης και τα πρότυπα προκειμένου να αναπτυχθεί, να επαληθευτεί και να εφαρμοστεί μια μέθοδος σχεδιασμού για κράνη ποδηλάτου, συμβατή με αυτά τα νέα πρότυπα δοκιμών.Πρώτον, αναπτύχθηκε περαιτέρω μια νέα διάταξη και διαδικασία δοκιμών, όπου μπορούν να δοκιμαστούν συνηθισμένα κράνη αλλά και πιο προηγμένα κράνη, σχεδιασμένα για τη μείωση της περιστροφικής επιτάχυνσης. Για την επικύρωσή του, χρησιμοποιήθηκε η παρακολούθηση κίνησης και συνδυάστηκε με καμπύλες επιτάχυνσης, οδηγώντας σε καλύτερη επαναληψιμότητα και πρόσθετες γνώσεις στην κινηματική κρούσης. Η διαδικασία που ορίζεται είναι εύκολη στη χρήση, αλλά και ικανή να μιμηθεί τις συνθήκες πρόσκρουσης κατά τη διάρκεια ενός ατυχήματος με ποδήλατο.