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物理学 > 医学物理

arXiv:2501.01211v1 (physics)
[提交于 2025年1月2日 ]

标题: D-HAT:一种针对创伤的头盔概念的硅藻启发结构

标题: D-HAT: a Diatom-inspired structure for a Helmet concept Against Trauma

Authors:Ludovico Musenich, Lorenzo Strozzi, Massimiliano Avalle, Flavia Libonati
摘要: 头盔设计的主要目标仍然是预防创伤性脑损伤。 然而,实现良好的用户体验,包括贴合度、热舒适性、透气性、防水性和可重复使用性等方面,变得越来越重要。 因此,设计具有多功能性能的头盔代表了安全设备的最新技术前沿。 本研究受到圆筛藻属硅藻形态的启发,开发了一种仿生材料,复制其细胞结构和多功能性。 与生物 counterpart 不同,这种合成材料被设计为多冲击头盔的内衬,适用于城市运动和微移动应用。 该材料的结构通过计算机辅助设计工具进行建模,并通过有限元建模和3D打印弹性样品的准静态压缩测试分析其能量吸收能力。 通过参数化方法实现了性能优化。 结果表明,该材料的能量吸收能力与蜂窝状等多孔材料相当,同时具备轻量化、透气性和抗大气因素的能力。 这种仿生设计标志着高性能安全装备的重大进展。
摘要: The primary objective of helmet design continues to be the prevention of traumatic brain injuries. Yet, achieving an optimal user experience, including aspects such as fit, thermal comfort, breathability, waterproofing, and reusability, is increasingly significant. Thus, designing helmets with multifunctional performance represents the latest technological frontier for safety devices. This study draws inspiration from the morphology of Coscinodiscus species diatoms to develop a biomimetic material replicating their cellular structure and multifunctionality. Unlike its biological counterpart, the synthetic material is engineered as the inner liner for multi impact helmets, suited for urban sports and micro mobility applications. The architecture of the material is modeled using computer aided design tools, and its energy absorption capabilities are analyzed through finite element modeling and quasi static compression tests on 3D printed elastomeric samples. Performance optimization is achieved through a parametric approach. The results demonstrate that the material exhibits energy absorption comparable to cellular materials like honeycombs, while offering lightweight properties, breathability, and resistance to atmospheric agents. This biomimetic design marks a significant advancement in high performance safety equipment.
主题: 医学物理 (physics.med-ph) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2501.01211 [physics.med-ph]
  (或者 arXiv:2501.01211v1 [physics.med-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.01211
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1002/aisy.202400419
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来自: Ludovico Musenich [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 1 月 2 日 11:39:24 UTC (650 KB)
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