人体的耐冲击性与伤害标准

人体的耐冲击性与伤害标准人体全身的耐冲击性研究头部的耐冲击性和伤害标准颈部的耐冲击性胸部的耐冲击性　车辆保护人体相关视频交通事故中，大部分人伤害都是因人体受到外力冲击所致。人体对外力的冲击有一定的承受能力，但当外力超过一定限度时，人体便会受到伤害。在设计汽车安全构造时，应该了解人体耐冲击性，使得车辆总体结构、乘员保护装置及车内构造物的设计安全合理，以保证人体受到的冲击力不会超过人体承受限度。示人体耐冲击性的物理量，一般采用加（减）速度、负荷、压力及位移（变形量）。特别是加速度，能准确地表示冲击大小的尺度，测量和数据处理也比较容易，负荷和位移往往用于表达骨折和挫伤的耐冲击性。由于人体各部位的构造、机能不同，耐冲击性也各不相同，这里主要说明实际撞车时多发性重度伤害的头部、胸部、颈部的伤害标准。一、人体全身的耐冲击性研究人体耐冲击性的研究，最初是由航天技术的需要发展起来的。根据当时的研究，人体全身的耐冲击能力有无伤、中伤、重伤三个区域，无伤和中伤的界限可视为人体耐冲击界限，这一界限值随减速度作用时间的延长而降低。交通事故伤害是人体某个部位受到冲击，而不是全身受到均匀一致的冲击。因此，全身耐冲击能力对交通安全的实际意义不大，但这一成果对以后交通安全研究的发展却有很大的影响。TOP二、头部的耐冲击性和伤害标准在交通事故中，头部伤害是最重要的伤害形式。直线减速度作用下头部伤害界限按下式计算：其中，GE为有效减速度，G(t)为减速度随时间变化的函数，T为减速度作用时间。显然，随着减速度作用时间的延长，安全界限降低，也就是伤害危险性增大。上述公式所示曲线是美国缅因州立大学于1960年提出的，所以又称WSTC曲线。在WSTC曲线的基础上以几经修改，1971年美国运输部决定采用下述HIC计算公式作为头部伤害界限的基准：式中：a——头部重心加速度，用重力加速度g的倍数表示；　　??????　t2，t1——碰撞过程中所选择的两个时刻，它们应使上式计算结果达到最小值(秒)。HIC＝1000作为头部冲击伤害的安全界限，美国现行法定标准规定：时速为30英里（约合48km／h）的正面碰撞，其HIC值为1000。这一安全界限已被美国联邦机动车安全标准（FMVSS）采用作为评价汽车安全的依据。据测定用IC值为1000时，发生恶性头骨骨折的概率相当于33％。我国的国家标准GBT11551－89《汽车乘员碰撞保护》也将此值作为防止乘员受伤的标准要求。TOP三、颈部的耐冲击性　　人体颈部的生理构造很复杂，即使受到轻微冲击，也可能造成伤害而产生严重后果。颈部的耐冲击性至今尚未完全明了。颈部向前及向后倾斜时的伤害界限约为60度左右，这一研究成果可用来指导汽车座椅靠背及安全枕的设计。TOP四、胸部的耐冲击性　在交通事故中，驾驶员常因胸部与方向盘碰撞而受伤。为减轻事故中驾驶员的伤害，可将汽车的转向管柱作成安全转向管柱，这种转向柱受到大于某一界限值的压力时，长度会缩短，从而起到保护作用。为了确定界限压力的数值，就需要了解人体胸部的耐冲击特性。美国20世纪70年代初期的研究结果表明，胸部受到的冲击力如超过，人体便会受到严重伤害，发生胸骨、肋骨骨折和心肺损伤。因此，可以此值作为胸部的耐冲击界限。另外，对于人体其它部位，如腹部、腿部及足部、臀部等，欧美国家都有相应的伤害界限标准。TOP乘员约束装置的保护原理安全是乘车人最关心的问。一方面，生产厂家制造的汽车本身必须是安全、可靠的，即所谓主动安全，这主要从制动、操纵稳定性等汽车自身的性能上采取措施；另一方面，万一发生撞车、翻车事故时，也要能对乘员加以足够的保护，减轻二次碰撞，使伤害降低到最低限度，即所谓被动安全。这主要从车身结构（吸收撞击能量）、内饰软化、乘员保护等方面采取措施。１、二次碰撞加速度（或减速度）是造成人体伤害的主要原因。当车辆发生碰撞时，车速会发生急剧变化，这称为第一次碰撞。由于车速发生急剧改变，车内乘员在惯性力作用下，将与车内结构物发生剧烈碰撞，并因此而受伤，这称为第二次碰撞。汽车在第一次碰撞中的加（减）速度越大，车内乘员第二次碰撞的加（减）速度也越大，乘员的伤害也越严重。如以60km/h车速进行碰撞试验，一个体重75kg的人可产生3吨的冲力。乘员的伤害值可用乘员各部分产生的减速度来表示，乘员的减速度以车辆碰撞时刻为起点，随着碰撞后时间的延长而变大，通常在二次碰撞发生时达到峰值。乘员约束装置的作用就是为防止二次碰撞的发生，同时将减速度限制在乘员所能忍受的范围之内。2、乘员下沉安全带作为基本的乘员保护装置，之所以能起到保护作用，是因为在高减速过程中，由于安全带的约束作用，将产生一种“乘员下沉现象”，利用安全带吸收乘员的动能。假定乘员质量为M，因安全带使乘员获得的减速度为C，减速中车体的速度为V(t)，则利用“乘员下沉”所吸收的能量为：设撞车前汽车的速度为V0，则乘员所具有的能量为：因此，安全带起作用时的能量吸收率为：由公式看出，获得一个较高而安全的减速度，是安全带起保护作用的根本原因。措施1--使用安全带安全带的种类安全带的组成部分安全带的效果相关视频安全带是一种将乘员柔性地固定在汽车座椅上的安全装置。在汽车紧急制动或碰撞发生时，能防止或减轻乘员所受伤害。公安部规定自1993年7月1日起，上路行驶的小型客车和前排座乘车人必须使用安全带。这是因为小型车辆的行驶速度一般较高，自身质量较小，同时汽车的刚度、强度也较低，即使未发生撞车事故但采取了紧急制动，乘员也会由于惯性而发生二次碰撞。一旦发生了撞车事故，车辆往往在极短时间内由高速运动状态变为静止状态，巨大的惯性使得乘员无法自控，导致身体受到致命撞击。有时乘员甚至还会撞碎挡风玻璃飞出车外，与前方障碍物再次相撞。如果拥有安全带的保护，乘员将得到一个比较安全的减速度值，限制其向前移动的距离，防止乘员受到二次碰撞，对保护乘员的头部、面部、胸腹部都有明显作用。在车辆发生翻滚时，还可以保护乘员不致被甩出车外。１、安全带的种类安全带一般分为：（1）两点式一般称为腰带或大腿带，是应用范围最广的基本型。但撞车时不能充分保护上半身，故单独使用时不理想。由于对防止乘员甩出车外的效果很好，主要在后排座椅上使用。（2）斜式也叫肩带，欧洲各国用得较多。发生撞车事故时，下半身会朝前钻，导致小腿受伤，因此需要在仪表板下侧加设膝垫。斜式也可视为两点式。（3）三点式是腰带和肩带的组合，乘员保护性能优良，实用性高，是目前最常用的形式，而且多半是使肩带和腰带连为一体，三个固定点中的一个点是共用的。（4）背带式对乘员保护好，但佩戴麻烦，主要用于对儿童的保护。以上是按固定点区分的，如从使用方式看，除乘员自己动手佩戴的主动式安全带之外，还有无需乘员动手的被动式或自动式安全带。这种安全带肩带的一端固定在座椅上，另一端固定在车门上，打开车门，乘员可以自由出入，坐进车内关上车门后乘员就被束缚起来。之所以设置自动式安全带，就是要强制乘员处于被保护的状态，以免出现有安全带而不能自觉使用的现象。TOP2．安全带的组成部分安全带组成一般由织带、带扣锁、调节件、卷收器和预张器等组成。（1）织带指安全带组成中把乘员约束在座椅上的柔性带状物，分为腰带、肩带和连续带三种。常用尼龙丝、聚酞胺丝、聚酯丝等合成纤维织成，宽约50mm，厚约，合成纤维经过热处理，具有一定的强度和延伸率，其抗拉强度不得低于下表。??????????????????????????????? 类别 腰带 肩带 腰肩连续带 拉抗强度(N) 26700 17700 22300另外，还应满足耐低温、耐高温、耐光、耐湿、耐磨、染色坚固等多方面的要求。top（2）带扣锁指既能把乘员约束在安全带内，又能快速解脱的连接装置。带扣锁必须结合牢靠，而且耐热、耐腐蚀、耐久省力。因此，对带扣锁开启按钮的尺寸、开启力、耐久性等均有要求。如安全带上有667＋39N载荷时，带扣锁的开启力应不得大于137N。top（3）调节件指用于调节织带使用长度的部件，其调节力不得大于49N。top（4）卷收器指安全带组成中用于收卷、贮存部分或全部织带，井在增加某些机构后起特定作用的装置。卷收器的作用是在平时不用时将织带收藏起来，在使用时拉出即可，无需调节织带长度，乘员活动自如。发生碰撞事故时，又能锁住织带，以防止乘员因过分前冲而受伤。卷收器分为自锁式卷收器（ALR）和紧急锁止式卷收器（ELR）。自锁式卷收器可自由地将织带拉出，一旦将织带拉到所需长度之后即自动锁紧。如果在拉出过程即使尚未达到所需长度而中途停顿，也会被自动锁紧，只能使其缩回重拉。因此，使用不大方便且带子的束缚力较大，舒适感差，通常用于腰带。紧急锁止卷收器在汽车正常行状态下，织带随乘员需要自由伸缩，但当汽车速度急骤变化时，其锁止机构锁止并保持束紧力，使紧急锁止起作用的传感方式有三种：感受织带拉出加速度的、感受汽车加速度的和两者兼而有之的。top（5）预张器这是在紧急锁止卷收器之外单独设置的安全带张紧装置。发生撞车事故时，它能在乘员前冲之前，预先锁住并张紧安全带，使织带更快的与乘员贴紧，以提高束缚效果。预张器弥补了紧急锁止卷收器的不足，是重大事故发生时保护乘员的有效手段。预张器由传感器、张紧装置、自诊装置等组成。如日本日产公司的CEDRIC牌轿车上使用的预张器，当汽车以50Km/h的速度发生正面碰撞时，在15/1000sec内开始工作，至21/1000sec时，张紧、防逆转等一系列动作已经完成。即在乘员前冲之前，已被牢固地束缚在座椅上了。预张器只能用一次，事故过后修车时必须予以更换。TOP3．安全带的效果安全带装置结构简单、成本低、减轻乘员事故伤害的效果大，是现代汽车上广泛使用的安全装置。许多国家包括我国都以法律的形式规定安全带是汽车必备的安全装置，并规定车内前排乘员在行车中必须系好安全带。下图是瑞典对约2900起事故的调查，统计资料表明，不使用安全带的乘员在20Km/h的撞车速度时即会发生死亡事故，而如果使用三点式安全带，在95Km／h以下的撞车速度时没有死亡事故，也没有甩出车外的事故。可见安全带对降低死亡率和减轻伤害程度是非常有效的。使用安全带与否比较图联邦德国汽车交通保险公司对15,000起有乘员伤亡的轿车碰撞事故的分析结果表明，使用安全带能够很大程度上减轻乘员的受伤危险。按照AIS（简略受伤分类）确定的轻度和中度级别的头部受伤，驾驶员和前座乘员大约可减少75％，胸部和腹部受中等程度的重伤可以减少20～60％，胳膊和腿受伤的概率大约能减少60％，颈脊骨遭受严重损伤的危险性也大大减小。在我国由于规定使用安全带的时间不长，很多驾驶员不了解安全带的安全作用，没有养成自觉佩戴的习惯，再加上部分安全带不符合标准，车辆管理部门对安全带的安装使用缺乏有效的管理，造成一些不该出现的事故损失。强化安全带使用的规定，应该采取下列措施： 控制安全带的选型与安装，并列入车辆安全检查项目之中； 强化安全带的佩戴管理； 把安全带的使用作为考评驾驶员的依据之一等。行驶速度为30km/h车碰撞过程中，驾驶员未佩带安全带、佩带腰部安全带（腰带）和三点式安全带三种情况下的运动姿态模拟措施2--使用安全气囊安全气囊的组成部分气囊的可靠性设计安全气囊是在汽车撞车或遇到障碍受到猛烈撞击时，装在乘员前面的一种自行充气的装置，其作用是防止乘员在碰撞中与转向盘、仪表板等车内结构物接触，从而避免因二次碰撞而受伤，它对保护前排乘员的头部和脸部是非常有效的。对安全气囊的设计要求如下：在极短时间内使气囊膨胀展开，气囊的初期内压要超过一定数值；气囊的形状与乘员的接触面积尽可能大；设置排气机构，压入时气体从气囊逸出，以防止内压的过度上升，产生乘员回跳，减轻背部和颈部的负荷。1．安全气囊的组成部分安全气囊由传感器、气体发生器、囊体、自诊装置组成。具体结构也因车型和厂家而异，下面介绍的是本田公司Legend轿车上助手席用的气囊。（1）传感器与安全带预张器的传感器合用。该传感器的电信号既触发预张器的火药加热器，也触发气囊气体发生器的电点火装置。在作用时间上，预张器先将乘员束缚住，待乘员的头再向前冲时，刚好被气囊托住。（2）气体发生器气体发生器为一圆筒形铝容器，内装电点火装置和氮气发生剂（氮化纳）。传感器的电信号触发点火装置，使氮化钠发生反应产生氮气。氮气经过滤、冷却后通过容器上的孔充人囊体。（3）囊体囊体由涂橡胶的尼龙布制成，容量约为150升，安装在仪表板内的隔腔上半部。充气后，囊体顶开与仪表板平齐的盖板，沿前风挡玻璃自下而上再向下展开，而在达到125/1000sec时，囊内的气体又排空了，以减轻充气的囊体对乘员的冲击。人眨一下眼睛的时间约为200/1000sec，所以比一眨眼的功夫还快，气囊的保护作用已经完成。（4）自诊装置应尽量简化结构，提高可靠性。TOP2，气囊的可靠性设计气囊的动作必须绝对可靠，随着撞车速度的加快，动作时间也要加快。需要时必须动作，对不必要使用的低速撞车、侧面撞车、追尾撞车以及非撞车产生的振动不动作。（1）提高重要电路的可靠性除在重要回路的组成部分上采用可靠性高的设计之外，还设置了备用电源和弥补电池压降的升压回路。（2）组成部分的可靠性在传感器的连接件上采用镀金接点，以提高导电可靠性。接点为二重舌片式。传感器本身被密封在金属容器内而且充满清注气体，以提高防锈效果。连线线束上采用双层被覆，以保证准确无误地连接。对于气体发生器，彻底实行质量管理和重量管理，装气体发生剂前后的重量，由计算机进行管理，以杜绝零件漏装或装药不准。最后还要用氦气进行密封性检查。气囊只能用一次，事故过后修车时必须予以更换。安全气囊对乘员头部和胸部的保护作用优于安全带，对大腿部的保护则不如安全带。安全气囊的另一优点是使用方便，不需乘员自己动手。但由于存在可靠性及成本等方面的问题，只有部分汽车安装气囊装置，一般认为使用三点式安全带的成本效益比是最好的。TOP措施3--其它措施为减轻事故中乘员因二次碰撞所受到的伤害，除上述安全带及安全气囊装置外，还有以下各种结构措施。1．转向机构发生正面碰撞事故时，由于车身前部的变形，方向盘连同转向管柱一起向驾驶员方向移动。与此同时，驾驶员在惯性力作用下向前冲出。这样，驾驶员胸部会撞在转向盘与转向管柱上受到严重伤害。为减轻转向器产生的伤害，在撞车时要防止转向管柱向后突出，并能在二次碰撞时吸收能量。可在汽车的转向管柱上设置缓冲环节，例如可使转向管柱的一部分在受到剧烈冲击时发生弯曲变形，从而吸收冲击能量，减轻对人体造成的伤害。2．座椅和安全头枕座椅本身的强度及在车身上的安装强度要足够，以防发生撞车事故时因座椅损坏而对乘员造成伤害。当在座椅上的加载量为座椅总重量的20倍和座椅受到水平向前或向后的20g速度时，座椅骨架不应与座椅调节机构分离，座椅调节机构不应损坏、失灵，座椅与汽车车身不应分离。座椅安全头枕是指用以限制乘员头部相对于躯干向后摆动的弹性装置，其作用是发生碰撞事故时减轻乘员颈椎可能受到的损伤，分为独立式和整体式。安全头枕的前、后面应使用能吸收冲击能量的材料，并应具有足够的抗压强度。任何使用部位不能存在可能对乘员造成伤害的凸起和尖棱。3．安全玻璃现代汽车的车窗玻璃常用钢化玻璃或夹层玻璃。钢化玻璃是指经热处理的玻璃板，由于玻璃表面形成压应力层，从而提高了抗外力作用及耐一定温度急变的强度，而且破碎时呈颗粒状。夹层玻璃是指两块以上的玻璃板用塑料作为中间膜粘结的制品，当受外力的作用而破损时，因中间膜的存在而使绝大部分碎片粘附于中间膜上。这两种玻璃被破坏后，不会产生尖锐的碎片，不致伤害乘员皮肤，称为安全玻璃。最近，国外又研制出新型的车用玻璃，它具有特殊的功能，比夹层玻璃更安全，每平方毫米能承受1200公斤的压力。汽车以200Km/h的速度高速行驶时，这种玻璃被金属物击中后，不会被击穿。此外，这种玻璃表面镀有无色硅树脂糊剂，用透明塑料制成，因而雨、雪、雾、蒸汽均沾不到玻璃上，从而可以保持视线清晰。４．仪表板仪表板表面应以弹性材料覆盖，以便受到撞击后能产生一定的变形，吸收冲击能量，减轻对人体的伤害。５．减少车内突起物车内的结构物，如门把手、遮阳板、搁板等表面不允许有尖棱和粗糙面，并以弹性材料覆盖。摩托车防护用具的开发设计摩托车运动根据目的与场地的不同，可以分为竞技类、街骑休闲、越野活动、障碍活动、一般骑乘等类。对于骑乘者而言，安全防护服除了安全防护性能之外，穿着上能否达到舒适、美观也是重要的因素。机车防护服装备包括安全帽、机车服、安全鞋、背甲与手套，主要保护部位为人体的肩部、肘部、臀部、背部、膝部、指关节与足踝，这些都是机车服的重点防护部位。在机车服的设计上，为兼顾防护性与舒适性，会在以上部位加上护具、护垫等防护设计，用以减轻穿着者的伤害。目前，在欧洲的标准中，EN1621-1针对肩部、肘部、膝部等部位护具；EN1621-2是专门针对背部护具，分别对相关部位的耐冲击性提出要求，给予明确的规范。　　在机车防护护具安全性上，耐磨擦性、耐冲击性与耐穿刺性为三个基本要素，就摩擦性而言，当事故发生后，骑手以很高速度在粗糙的路面上滑行滚动时会产生摩擦力，将导致服装表面的破坏，伤及人体，因此防护服应有足够的耐磨擦防护功能；就耐冲击性而言，它是评估防护用具效果的最重要的指标，在欧洲的规范中，EN1621-1标准规定，用50焦耳能量施加于受测物上，测试后力量转移的平均值要低于35牛顿，且最大值不能超过50牛顿，才算有足够的奶冲击力；耐穿刺性是针对尖锐边缘或点刺表面所提出的防护要求。耐摩擦性、耐冲击性与耐穿刺性等性能时针对护具整体功能需求的重要因素，其他如厚度、密度、弯曲性及传导性等特性则根据不同护具的要求进行设计。理想的护具要求是轻质、薄、弯曲性佳以及高吸收能力。　　世界知名机车服生产公司Dainese的竞赛用手套具有强化加大的耐磨擦区域、防滑设计；该公司的防护上衣是复合式的软式防护衣，采用高透气、多孔、高墙里Lycra，同时配备粘扣带调节式护腰带，肩部与手臂的护具以粘扣带固定于胸前。Dianese膝、腿部护具提供膝部、小腿、足踝部位防护，可通过粘扣带调节尺寸；这套护具还可分离，根据需要可将足踝部位分离。Sixsixone的前臂、肘、膝部、径骨护具采用舒适透气的EVA发泡材料；其防护上衣适用于越野骑车的防护，前后均有塑料硬壳给予防护，上装带有弹性宽护腰带，前臂与肘部有特别防护，后背脊处有开节装的塑料硬壳给予防护。ToryLeeSE防护裤前片部位采用强化尼龙布，以增加其耐久性；膝部内面采用弹性Kevlar面料；膝部外面用强化尼龙面料进行风箱褶剪设计，大大增加了活动性；在腰部至胯部间，用变向的螺纹弹性布作V形设计，可以增加其合身性与舒适度；网状内里设计，可以增加透气性。人体上肢高速气流吹袭耐受限度的研究首席医学网    2007年08月14日16:45:19Tuesday  106【摘要】 目的研究人上肢有/无防护时耐受高速气流吹袭限值；为防护装置的设计要求提供试验依据。进行了飞行员上肢抗拉耐力研究；采用人尸体、活猕猴上肢开展了模拟气动载荷耐受限度的研究；进行了人尸体、猕猴上肢生物力学特性研究和1/5人椅模型跨超声速风洞试验。结果通过系列的试验研究和国内外资料分析，获得了人上肢有/无防护时耐受高速气流吹袭的限值。结论为高性能战斗机飞行员上肢弹射救生的生理要求及上肢高速气流吹袭防护装置的设计、鉴定和验收提供了实验依据。【关键词】 气流吹袭;弹射损伤;人体耐力;飞行安全;安全装置　　五十多年的弹射救生实践表明，敞开式弹射座椅不仅是20世纪各国战斗机乘员救生的主要装备，也是今后较长时间内航空救生的主要装备。采用敞开式弹射救生时，高速气流吹袭是安全救生的关键之一，美空军一直把高速气流吹袭防护问题列为航空高技术研究项目［1，2］。高速气流吹袭伤主要是头颈伤和四肢甩打引起的四肢长骨骨折，关节脱臼，肌肉、韧带、肌腱撕裂和扭伤，神经损伤，头颈、胸腹部损伤等。据美国空军统计,在740～1100km/h速度下弹射，甩打伤发生率60%；1000～1100km/h时，发生率100%，且大部是重伤，其中60%需送医院治疗，在战斗情况下更为严重［3,4］。虽然弹射座椅的救生性能已相当先进，但是它的救生成功率却没有很大的突破［2,5］。             　　人体对高速气流吹袭耐限，目前没有国外相应标准，国内相关单位研究较少。我国新型高速飞机弹射救生速度将达到1100～1200km/h，此时飞行员上肢若不加防护，则高速气流吹袭致伤率达100%。随着我国新歼飞机弹射速度和救生性能的提高，现有的研究水平和标准既不适应也不能满足目前我国航空救生水平发展的需要，尤其是不适应新歼飞机现有的救生水平的需要。因此研究高速气流吹袭生理耐限和相应的防护措施是目前航空弹射救生中的重要研究内容。本课题研究人上肢有/无防护时对高速气流吹袭的耐受限度，为今后战斗机飞行员弹射救生装备的研制、鉴定、验收提供试验依据。　　方法　　飞行员上肢侧向抗拉耐力研究      　　自行设计拉力装置模拟气流吹袭侧力，测量了126名飞行员上肢侧向脱手力耐限［6］。获得了飞行员右手拉中央环姿态脱手时手上拉力95%置信范围～N，平均值N，最小值245N；前臂拉力95%置信范围～1N，平均值N,最小值N。　　人尸上肢和活猴前肢对模拟冲击载荷耐受限度的研究      　　研究上肢在防护下对模拟气动载荷的耐受限度。由于不能使用真人作被试者，故用人尸体上肢和活猴作为代用品。使用撞击试验机模拟气动载荷，对17具带肩胛骨、肩关节、锁骨的完整人尸上肢和7只活猴前肢进行挡臂板和限臂网2种防护状态的冲击试验［7］。试验标本用牙托粉将肩胛骨包封在一个特制盒子里，使肩关节正常活动不受影响，并以试验状态固定在试验架上。对上臂和前臂冲击时，上肢以外旋极限位自然下垂，模拟脱手后最危险状态。为观察上肢冲后功能活动情况，又用7只成年活猴，重复上述试验。试验前、后测量尺神经传导速度。活猴留养3d。人尸标本和活猴最后均进行解剖判断损伤。实验获得了冲击力与人尸上肢、活猴前肢损伤的关系。　　人尸肘关节生物力学特性试验研究      　　对年龄20～30岁-18℃下冷冻储藏1个月的10例正常男性新鲜尸体在NJ50B型扭转试验机上进行肘关节扭转试验,试验模拟人脱手后上肢在气流吹袭下外旋甩打状态；在SWD10型电子万能材料试验机上进行肘关节弯曲试验，试验模拟人脱手后上肢在气流吹袭下后伸甩打状态。试验获得了一系列人尸肘关节生物力学参数以及载荷与变形、载荷与损伤关系［8］。　　1/5人椅模型跨超声速风洞实验      　　研究上肢对高速气流吹袭的速度耐限，必须了解上肢气动力特性。为此在29基地FL24风洞中完成了1/5人椅模型跨超声速风洞试验［9］，研究了抬腿和不抬腿2种姿态下有/无防护(加挡臂板、导流板、防护网等)时飞行员前臂、上臂、上肢受力情况。试验M=～,α=5°～30°,β=0°～90°。得出了上肢各部的气动力系数，为确定上肢气流吹袭速度耐限提供了数据。1/5人椅实验模型及安装状态见图1。　　结果　　人尸体损伤程度分级并过渡到人体      　　本项研究用新鲜人尸进行试验可明确判断出骨骼、韧带、肌肉等组织在结构上解剖可见的损伤，但无法判断出血、神经麻痹、疼痛和功能活动及进行损伤程度分级。关节生物力学载荷与变形关系曲线不仅表达了载荷与变形的关系，而且也表达了外力所致关节损伤的历程［10］。随着载荷增加，变形越大，损伤越严重，说明关节生物力学特性曲线上的特征点应与临床表现有对应关系。本研究利用人尸体肘关节生物力学试验所获得的生物力学特性曲线和人尸体上肢冲击试验结果进行综合分析，以求得损伤程度分级与冲击力的关系，将人尸体的结果过渡到人体。图2给出了本次试验获得的人尸肘关节生物力学特性曲线。经过对曲线的斜率分析，图中的1、3点是斜率的突变点，表达了组织纤维变形的阶段。图中1点是载荷变形曲线的粘弹性阶段，对应的临床表现是关节日常生活的正常活动生理范围，属无伤；图中2点为对应载荷与变形关系曲线上强度下降50%的点（1-4点间长度的1/2），1-2点间对应曲线拟线性段，组织中有少许纤维断裂，临床表现是有轻度疼痛伴组织少量内出血，属微伤；2-3点间组织纤维部分断裂，对应临床表现是感到明显疼痛，关节完整但有轻度不稳，属临床中伤。图中3点即屈服点，3-4点间组织纤维发生屈服变形，开始发生断裂，对应临床表现是剧痛，关节不稳，属重伤；第4点为应力最高点，即最大强度点，组织纤维崩溃，对应临床关节有不正常运动范围，并已失去负荷能力，属危重伤。将尸体上肢冲击试验重伤的冲击力平均值kN与第4点对应，按照1，2，3点在曲线上和4点间的比例关系，可计算出人上肢冲击的无伤限、微伤限、中伤限、重伤限、危重伤限的冲击力范围，描绘在图2中，图中A—无伤(<kN)，B—微伤(<~kN)，C—中伤(<~kN)，D—重伤(<~kN)。对应的临床表现见表1。表2、表3列出了人尸、活猴上肢冲击损伤与冲击力的关系，对上述得出的损伤分级与冲击力关系的可靠性进行了验证。表2、表3结果表明,在冲击力±kN范围内，有2具人尸标本和4只活猴数据。尸体标本未见损伤。4只猴有2只不愿用被试前肢抢夺食物，表明有疼痛感，这与微伤标准相符。在冲击力±kN范围内，有4具人尸和5只活猴数据。3具人尸没发现损伤,1具出现肱尺关节囊横向小裂口。猴有4只冲击后挣扎，握物无力，不愿用被试验的前肢拿东西，冲头接触区有皮下瘀血现象，表明猴有明显疼痛感，对前肢活动有轻微影响，这与中伤标准相符。冲击力±kN范围内，有6具人尸和1只活猴数据。6具人尸中1例没有肘关节囊损伤，5例有肘关节囊损伤并伴尺骨鹰咀软骨撕脱。1只猴受冲击后尖叫,呲牙咧嘴表情痛苦，说明有剧痛，握物无力，不拿东西，说明被试前肢活动功能已受影响，同时还发生尺骨鹰咀皮下出血现象，这与重伤标准相符。表1限臂板防护下人体前臂冲击损伤程度分级（略）表2挡臂板防护下冲击载荷与活猴前肘损伤的关系（略）表3挡臂板约束下人尸前臂冲击试验结果（略）　　人上肢耐受高速气流吹袭速度耐限       　　速度耐限是人上肢受到气动力达到生理耐限时的当量空速，使用的公式是本研究导出的气动阻力和气动侧力公式［9］。气动阻力一般表示为：D=S·CD·q，q=·ρV2(1)式中:S—人上肢参考面积；CD—人上肢气动阻力系数；q—气流动压,kgf/m2；ρ—气流密度，kg/m3；V—气流速度,m/s。在航空医学中，动压q进行压缩性修正后为qC,这时气动阻力D可表为:D=CL·S·qC(2)式中:CL—人上肢低速不可压流的阻力系数,为常数。qC的表达式为:M≤1qc=P1+γ-12M2γγ-1-1+32·γγ+1M(21ε+2)·f(ε)(3)M≥1qc=P2γγ+1M2-γ-1γ+1-1γ-1·γ+12M2γγ-1-2γγ+1M2-γ-1γ+1+2γγ+1M2·1-1M2·1+γ-12M2γM2-γ-1235εε)(4)式中M─马赫数；qc─压缩性修正后的气流动压；P─自由流静压;γ─等熵指数(对空气γ＝；ε,f(ε)─上肢/上臂阻力系数计算参数。   气动升力或气动侧力一般用下式表示：D=S·Cy·q，或D=S·Cz·q， q=·ρV2(5)式中CY,Cz─人上肢气动升力和侧力系数。经计算分析，Cy,Cz可用下式表示：Cy=TA+TB·MTc·eTD·M，CZ=PA+PB·MPc·ePD·M(6)式中TA、TB、TC、TD──升力系数根据本研究的风洞试验数据计算获得的。按照上述的公式，阻力脱手速度耐限无防护时按GJB56888的生理耐限数据kN进行计算；有挡臂板防护时考虑了挡臂板内压力，按前苏联K36座椅挡板内压力kN考虑；侧力脱手速度耐限根据126名飞行员中最低的上肢侧向抗拉耐力kN计算。计算表明，上肢高速气流吹袭侧力脱手速度耐限大于阻力脱手速度耐限，这说明上肢在阻力作用下易于脱手。上肢一旦脱手，有挡臂板防护时前臂若处于外旋位易损伤。损伤生理耐限根据前臂无伤限kN,微伤限～kN计算。仅以α=17°,β=0°和α=22°,β=0°为例。　　讨论　　冷冻尸体实验数据的应用价值      　　冲击创伤的实验研究带有很大危险性，尸体和动物已成为常用代用品。对尸体试件来说，尸体标本通常是冷冻的,冷冻贮藏对组织结构和力学性质的影响是关系到能否将尸体结果应用到人体的问题。冷冻对组织力学特性的影响国外已有报导［11］。试验证明在-20℃以下存贮3个月的兔子断肢的骨-韧带-骨联合体生物力学特性参数与新鲜不冷冻的没有显著区别；在-18℃下存贮5～60d的人前叉韧带仅刚度有微小增加；在4℃下存贮1夜或-80℃下冷冻3～5周，猴前叉韧带结构和力学性质没有很大区别。而研究者一致认为对力学特性起关键作用的是冷冻前要特别注意保护试件免于脱水。韧带的贮藏应适当留下肌肉与关节周围的结缔组织，每一试件都要密封在塑料袋中。本次试验标本是人死亡2h内取下整肢,用塑料袋密封在-20℃下冰箱储存，标本均在2个月内完成试验。根据国外研究报导，可认为本次试验冷冻储藏的尸体标本力学性质与新鲜标本无显著差别。因此用此标本获得的试验数据是有价值的，其中发生的骨骼、韧带在解剖上可见的损伤可以直接运用到人体。　　服装的影响      　　1/5人椅模型跨超声速风洞试验的模型为裸体模型，未模拟服装影响。现据我们在FL06风洞中完成的1/10人椅模型跨超声速风洞试验结果，分析服装对人上肢气动阻力的影响。该试验是用模型上肢穿皮袖套来模拟服装影响。经分析计算，用K表示穿衣与不穿衣气动力比值，是M数函数，其表达式为(7)式，均方根误差为。K=-·M·(7)低速时K=，这与文献［12,13］报道的穿衣比不穿衣大25%一致。　　机械冲击加载模拟气流吹袭作用的力学根据　　由理论力学知道，作用于刚体的力根据力平移定理可以平移到另一点而不改变对刚体的作用，但需增加一附加力偶。一般作用于刚体的力不是一个力而是一群力，称为力系。将力系中的力向某一点简化可得一个主矢量和一个主矩，主矢量就是这个力系的合力，它与简化点位置无关，而主矩则与简化点的位置有关。使主矩等于零的简化点通过力系合力的作用线。由于人体主要是通过骨骼来承受气动力，我们可以认为上肢承受气动力作用后，它的变形和位移与上肢的尺寸比起来都很小。根据弹性力学小变形和小位移基本假设，这时可把上肢当作刚体来处理。不管什么样的力，只要它们的大小和方向一样，则对物体的作用都是一样的。本课题用机械力模拟了气动力的大小、方向和作用时间，二者对上肢的作用将是一样的。国外已用这种模拟方法来研究弹射乘员遭受到高速气流吹袭的伤害［14,15］。　　小结　　本项研究涉及医学和工程多种学科，技术难度大。研究者在大量试验和研究基础上获得了如下主要结果：1)获得了人上肢有/无防护时对高速气流吹袭的速度耐限；2)建立了通过活猴、人尸及生物力学特性曲线综合分析进行人上肢冲击损伤分级并过渡到人体的新方法；3)为高性能战斗机弹射救生生理要求及弹射救生装备的研制、鉴定、验收提供了试验依据。【参考文献】 　　［1］CummingsRJ.Invesgationofaircrewprotectionduringemergencyescapeatdynamicpreessuresupto1600Q［R］.ADA117552,1990.　　［2］LIRui.Reviewandprospectofaircrewejectescapetechnology［J］.InternationalAviation,2003,(9):7275.　　［3］DelgadoRC.LimbflailinjuriesinUSAFejection1979～1985［C］.In：ProceedingsoftheSafe24thAnnualSymposium，SanAntonioTexas,1986　　［4］SandstedtP.Experiencesofrocketseateject［J］.AviatSpaceEnviorMed,1989,60(4):367373　　［5］EveryMG.Asummaryofnavyaircombatescapeandsurvival［R］.ADA35913,1997.　　［6］WUGuirong,ZHANGYunran,TONGBolun,etal.Sidetensiletoleranceofpilotupperlimb［J］.RenleiErgonomic,1996,2(2):3337　　［7］WUGuirong,ZHANGYunran,LIUBingkun,etal.Tolerancelimitofhumanupperextremitywithrestraintplatonejectseattosimulatedaerodynamicloads［J］.SpaceMedicine&MedicalEngineering,1997,1(10):3943　　［8］LIUBingkun,WUGuirong,ZHANGYunran,etal.Toleranceofhumanandrhesusmonkeyelbowjoint［J］.SpaceMedicine&MedicalEngineering,1997,10(2):9396　　［9］ZHANGYunran,WUGuirong.Aerodynamiccharacteristicofcrewman’sarmsduringwindblast［J］.SpaceMedicine&MedicalEngineering,2003,16(5):3438　　［10］HANYixiong.BiomechanicsoftheMusculoskeletalSystem［M］.Taibei:Huaxing,134　　［11］GroodEG,NoyesFR.Kneeflaildesignlimits:background,experimentationanddesigncriteria［R］.ADA062384.　　［12］PaynePR,HawkerFW,EulerAJ,etal.StabilitylimbdislodgementforcemeasurementswiththeF105andAces11ejectionseats［R］.AMRLTR756.　　［13］ZHANGYunran,WUGuirong.Calculationofdynamicpresureonaircrewejectionsystem［J］SpaceMedicine&MedicalEngineering,1994,7(1):1521　　［14］AliEE.Longboneandjointresponsetomechanicalloading［R］.ADA111551,1982.　　［15］KellerJR.Anormativedatastudyofisometricneckstrengthinhealthy,adult,malesages1835［R］.ADA224642,1990. 警员个人防护装备的实效性研究    来源：广州卫富科技开发有限公司    点击数：646   发布时间：2007年09月10日       警员（个人）防护装备通常应是一种耐用品，即是可以多次、反复使用的产品。首先必需明确：对于不同的防护产品，“使用”的概念是不同的，通常是指在执行需要进行个人防护的警务活动时的穿用。但在各种警务活动中，防护产品所受的损伤程度各不相同。因此，多次、反复使用也有不同的含义。如防暴盔甲服，它每次使用都有可能受到机械力的冲击，若冲击力不超过产品的限值，则还可以继续使用，但对排爆服或防弹衣却不同，它们可以多次的穿用去执行任务，若在任务中没有受爆炸或弹丸的直接冲击，产品可以继续使用，若受到直接的冲击，原则上不能继续使用，或必需经过安全评价后再决定是否可继续使用。   以上的论述主要是强调对防护产品的时效性要有一个标准、科学的定义。时效性通常是指产品在正常使用且没有受到超过限值冲击的条件下产品的寿命。而界定寿命的标准可以是产品防护能力降低到限值的一半（50%），或低于产品的安全性限值。选择哪一种标准视产品的性质而定，产品标准中规定有安全性限值的，取后者，如防弹服规定了穿透性能指标。若产品没有规定极限值指标的，如防爆盾牌，则可取后者。   警员防护装备既然是一种耐用品，就要有时效性的要求。因此，对其时效性的研究十分重要，它涉及产品设计、加工、使用、存贮、维护及报废等各个环节，以及装备使用过程中的维护，产品存贮时的条件和产品失效性的评价等一系列过程，其中尤以设计是最基础的前提和最根本的保障。   警员防护产品生产厂家的产品设计是保证产品时效性（能满足业务要求）的关键，产品设计一定要提出时效性和设计目标，要有具体的量化指标。为了保证产品的时效性，广州卫富科技开发公司积极开展警员个人装备的时效性研究，并在理论引和实践上取得成效。   要满足产品的时效性要求，主要应从以下几方面加以考虑：   一、基本材料的选择   一个产品的防护性能和时效性是由其基本材料所决定的。这是产品设计的基础，因此在材料选择和新材料研制时，要进行材料失效机理的分析和研究，一定要在防护性能和时效性上做“同向”的选择，或进行合理的折衷。卫富牌防暴盔甲服的硬甲聚碳酸酯（PC）改性材料就收到了很好的效果。PC是一种综合性能良好的双酚A聚碳酸酯，属热塑性工程塑料，可加热塑化而方便的加工成型，其大分子中同时含有刚性及柔性结构成分，使材料具有刚、柔结合的特点。刚硬而有韧性，具有突出的高抗冲性。它的弹性模量高，且受温度影响小，不易变形，其断裂伸长可达50%-100%，难断裂且韧，能把所受到的外力扩散到较大的体积来承受。它具有高度尺寸稳定性和很宽的使用温度范围（在-50℃—120℃之间可长期使用，非受力状态下可高达140℃），耐日光、雨水和气温剧烈的变化性能好，可满足盔甲服的质量和时效性的要求。在基本材料的选择后还要根据它的特点采用辅助材料来提高它的时效性，如加处防护、加内衬等。这些辅助材料和加强方法的目的是尽可能地在使用过程中减小产品基本材料受到污染，避免或减轻辐射、潮热、压力等对产品时效性的影响。   二、产品的应用特点和环境   不同的防护产品应用的环境和使用的特点不同，有频用型，也有偶用型，有的产品一般不受机械力的冲击，有的则每次使用都有可能受到冲击。比如防暴服就属于频用型，且会经常受到机械力的冲击，而排爆服则属偶用型，一般不会受到机械力的冲击。不同产品对时效性的考虑也不同，前者要求应比后者短。应用环境是一个重要的考虑因素，卫富牌防暴服采用的材料就是基于这个考量，在盔甲的组织结构上，采用多层的复合结构，以达到最佳的防护效果。其中硬甲由高强度、高抗冲、耐化学药品性好的高分子材料制成，它用于直接承受和化解外力的冲击，将机械力冲击的动能吸收、扩散以至减弱到人体可以承受的程度以下，具有优异的防护性能。而在盔甲层和衬里层之间加入闭孔性橡塑弹性体，它使人体与硬甲实现弹性软接触，也可进一步吸收、减弱冲击能量和起减震作用，提高舒适度。此外，硬甲除了防护性能上的优势外，还与人体形成一定的透气散热空间，可改善“服装内气候”条件，减少闷热感，提高穿用者的舒适度，同时减少人体排汗对防暴服的污染。   三、产品的可维护性   产品在使用一定时间后，一定要进行维护，这不仅是卫生的基本要求，也是提高产品时效性的方法。因此，在材料选择上还应考虑其本身是否可进行常规的清洁和整理。产品的可维护性与产品的结构设计密切相关，好的结构设计便于穿着、使用，也便于分解整理和维护。卫富牌防爆盔甲服是由多块形状不同，与人体各部位形态互相配合的模板组合而成，其松紧程度可用各种搭扣进行自由调节，穿着方便、装卸自由。由于选项用的材料及其组织均具有耐水洗性，因此盔甲服使用之后可以卸下进行分解，加以洗涤，除去汗渍及其它污染物，使产品具有优良的可维护性。   四、产品的加工工艺   加工工艺是产品时效性的重要保障条件之一，必需做到加工的环境不对产品产生损害和污染，做到加工过程不导致材料时效性的降低，卫富科技开发公司在防暴服加工时在硬甲的成型和加工工艺上具有独到之处，采取了特别的消除内应力的措施，有效地避免了应力的产生，使盔甲不出现易疲劳点而导致应力开裂，从而保证构件具有优良的抗冲击性，又保证了产品的一致性和时效性。   五、产品使用过程中的保管和维护   产品的保管和维护是保证其时效性的重要环节，因此要求厂家在产品说明书中应清楚表明易引起产品时效性下降的各种因素，例如聚碳酸酯怕某些化学溶剂，如汽油等，在保存时应予以注意。要规定必要的保管、存贮条件及维护方法和周期，警员防护产品的维护最好在专业部门或原厂家进行，当产品受到强烈冲击后需要进行有效性的评价时，一定要由专业部门给出客观的测试，而不可随意主观的判断。   六、建立完善的产品标准（包括时效性指标）和失效评价标准   这是警员防护产品质量管理和时效性控制的重要一环，要加强同类产品历史数据的分析和统计工作，要开展对在用产品和报废产品的时效性实验，通过这些细致、基础的工作找出规律性的东西来。这项工作很重要，分析数据的偏差会误导产品设计工作，导致不良的后果或造成经济损失。   要建立适当的科研环境和试验条件，由于警员防护产品的生产厂家主要是加工型企业，大多都不从事基础材料开发和生产。因此，需要主管部门统一规划，并适当投入，选择有条件的单位建立相应的测试机构，有了这种环境和条件，产品时效性研究、标准的制定和评价工作才可能步入科学的轨道，这要有各个部门（管理、科研、生产、使用）配合协力来完成。   卫富牌防爆服从生产、检验、出厂等均严格按照ISO9001∶2000质量管理体系执行，并于2001年取得英国NQA颁发的国际质量管理体系认证书，产品的质量得到可靠的保证，公司向来重视科技研发工作，已获得国家专利2项。到目前为止，卫富牌防爆服在全国20多个省、市、自治区装备了250多个防爆警察队伍，还随我国第一支执行维和任务的防暴队远赴海地，受到联合国官员的好评，产品还远销以色列、伊拉克、厄瓜多尔、泰国和北非警察局，深受用户欢迎。广州卫富将进一步努力在警用防护技术领域中加强研究开发，不断创新，推出高质量的警员个人防护装备，为建设和谐安定社会，制止暴力活动，保护人民生命的安全作出应有的贡献。2008-07-13 | G力G是相关于重力加速度的作用力的计量名称，这意味着5g作用于1kg的物体上，使得物体的重量在那一刻达到5kg。以5g的重力加速度举起一个物体相当于以1g的重力加速度举起物体，同样的动作重复5次才能达到要求。一级方程式赛车的加速能力以及在高速状态下的刹车，过弯表现对于民用汽车来说简直是不可思议。当赛车在行驶中，至少有一种作用力始终作用于车手。相比较于战斗机飞行员所受到的G力水平而言，当车手加速时，他受到的G力可能有3g，当他刹车时，可能达到6g，过弯时有可能是4g。举些实际生活中的例子深入分析，当民用车紧急制动时车辆的加速度最多可能也就1g，驾驶员身体的每个部分可能会经受6倍于自身体重的压迫力。驾驶者的身体要被紧紧地捆绑住，因为刹车时，如果驾驶者没有系上安全带，在强大的惯性作用下，驾驶者可能就会被抛出车外。根据一些车手对G力亲身体验，他们觉得G力相当强大，它足以使车手的眼泪从眼睛里被抛洒出来，然后溅到头盔的内表面。假使人体的脑袋重5kg,车手的头盔重，这样总计重量约，当车手在Monza赛道的一个弯角前刹车时，车手的脖颈将承受超过的冲击力，同样在长的高速弯角，就像菱鹿赛道经常发生事故的著名的130R弯，那儿会有很强的离心力，车手会受到侧向冲击力，这时车手会感觉自己的脑袋很沉，冲击力大约为25kg.但是并不是只有车手的脖颈承受了G力的冲击，车手整个身体都将承受G力的考验，几倍于自身体重的压迫力。举个例子，如果所有的压迫力都作用于腿部时，车手必须“极其精确”地把握对油门及刹车踏板的控制，特别是在雨天。（巨大作用力下，大脑对身体各部位的控制有可能出现偏差，在雨天尤其危险，所以车手尽量做到“精确”操控赛车。）但是车手所要应付的并不只是G力本身，它所带来的麻烦还有很多，诸如大的G力会改变血液在体内的正常循环状态，使得人体某些部位出现短暂缺氧，这会导致车手的视觉发生轻微的模糊，这就好像没有比油喷洒在头盔上更为糟糕的了，车手还要应对赛道上的颠簸，而且车手清楚自己赛车的缓冲避震器的上下行程在4cm左右，这样赛车有震动，车手就会感觉到，并且想办法应付（赛车的震动也会影响车手的视线）。在赛道的某些赛段，车手会改变走线，以避免由于非常大的震动所带来的影响身体的痛苦颠簸。当车手在上坡路段爬坡上升时，也有一个作用力影响车手，这种作用力会压迫车手脊椎，并且随着坡度的上升，加剧疼痛。大的G力对安全性来说是有巨大破坏力的。长时间的承受侧