Enrichissement des modèles physique et numérique de la tête en vue de mieux représenter la cinématique cérébrale lors d'un choc

par Paramasiven Rungen

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Pascal Drazetic.

Soutenue en 2004

à Valenciennes .


  • Résumé

    Les recherches menées ont tenté de démontrer l'importance des lésions cérébrales via des tests réalisés sur des cadavres humains ou animaux. Les inconvénients de ces essais sont la lourdeur de la préparation des sujets, la non-répétitivité des essais et l'âge des cadavres. Les animaux quant à eux ont leur morphologie différente de celle de l'être humain et ils demandent encore plus d'investissement pour corréler les résultats obtenus avec la réponse humaine. Le plan expérimental présenté dans cette recherche s'articule autour du développement d'un modèle de tête 2D. Nous avons réalisé le modèle en prototypage rapide où un cerveau en gel de silicone est utilisé. Il est sollicité par un impact pendulaire et avec la vidéo rapide, nous avons obtenu la cinématique intracrânienne. Avec une description Lagrangienne, les niveaux de déformation engendrés dans le cerveau ont été calculés afin d'établir une cartographie. Ces résultats ont été utilisés pour valider des modèles EF 2D et 3D. Ces modèles ont été par la suite enrichis en modélisant les ventricules et une couche de LCR afin de quantifier leur influence sur le comportement intracérébral. Ceci a permis de réduire les déformations dans le volume intracrânien et à la surface du cerveau en y autorisant un mouvement relatif. Enfin, une méthodologie de reconstruction d'accidents moto a été développée. Une expérimentation représentative d'un accident (choc latéral moto/voiture) a été réalisée ainsi que son modèle numérique (en multicorps). Les sollicitations dynamiques obtenues à partir de la tête du mannequin ont été appliquées aux modèles EF 3D de tête afin d'étudier la cinématique intracérébral durant ce choc dynamique réel.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical models' enhancement in the aim of better representing inner head movement during a dynamic impact


  • Résumé

    Current scientific research have revealed the importance of brain injuries through experimental tests performed on human cadavers and animals. The main drawbacks lie in the cumbersome preparation of the subjects, the non-repetitiveness of the tests and mainly the too old age of the donors. With animal tests, we know that their morphology is totally different to human beings and it is not that simple to correlate the obtained results to human response. The experimental protocol presented in this research work is based on the development of a 2D head model. We made a physical head model where an equivalent brain is represented (silicon gel material). The head model is impact loaded in a pure rotation movement and digital image tracking is used to identify the deformation pattern induced in the equivalent brain material. Strain calculations are then made with Lagrange description so as to measure the various deformation zones. The results are used to validate corresponding 2D and 3D FE models. These models have been improved with the representation of various sub-structures (ventricles and CSF) so as to evaluate their respective influences on brain kinematics. This has led to a considerable reduction of deformation inside the brain as well as on its surface by inducing a relative movement. Finally, we have developed a motorcycle accident reconstruction methodology. An accident reconstruction which represents a motorcycle/car lateral impact has been done as well as its corresponding multibody model validated. The applied loads obtained from the dummy's head have been applied to the 3D FE head models so as to study the resulting intra-cranial head behaviour.

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Informations

  • Détails : 1 vol (102 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie f.97-102

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  • Bibliothèque : Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Service commun de la documentation. Site du Mont Houy.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 900169 TH
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