Modélisation par la méthode des éléments finis du cou humain en situation de choc multidirectionnel : validation cinématique,validation modale

Human neck finite element model development in multidirectional impact situation : Kinematics validation,modal validation

• Auteur / Autrice : Frank Meyer
• Direction : Rémy Willinger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse modale (ingénierie)

Éléments finis, Méthode des

Biomécanique

Lésions et blessures (accidents de la route)

Lésions et blessures

Cou

Résumé

Malgré un grand nombre de projets de recherche dans le domaine de la biomécanique des chocs, les systèmes de protection courants ne sont toujours pas capables de réduire de manière significative les lésions de faible AIS, lésions induisant des coûts considérables à la société. Cette thèse propose un modèle éléments finis détaillé du cou d'un volontaire humain. Afin d'évaluer le modèle par rapport aux données existantes une validation temporelle a été obtenue en choc frontal, latéral, oblique et arrière. Une validation originale fondée sur l'analyse modale impulsionnel en terme de masse apparente a été réalisé permettant d'extraire les caractéristiques modales du système tête cou du modèle et du volontaire modélisé. L'optimisation du modèle dans le domaine fréquentiel a été obtenu après modification significative des propriétés mécaniques afin de reproduire la flexion-extension à 1. 4 Hz et la rétraction de la tête ou '' S-Shape '' à 8. 8 Hz. Cette étude propose un modèle du cou possédant une géométrie précise avec une attention particulière prêtée au mode de rétraction, un phénomène souvent masqué dans le domaine temporel.

In spite of a large number of research projects in the field of cervical spine biomechanics, current protection systems are still not capable of significantly reducing low-AIS lesions, lesions that generate considerable costs to society. This thesis proposes a detailed FEM of a human volunteer's neck and proceeds to an original model validation against experimental data recorded with this human volunteer. In order to evaluate the new model against existing data a successful temporal validation of the model was obtained under frontal, lateral, oblique and rear impact. New validation parameters are based on an experimental test proceeded in the frequency domain in order to extract the volunteer's Head-Neck system's modal characteristics. In depth validation of the head neck FEM is then performed by superposing the numerical and experimental frequency response function. Model optimisation in the frequency domain permitted after significant properties modification to reproduced accurately both, the neck extension mode at 1. 4 Hz and the head retraction mode at 8. 8 Hz. This study proposes a neck model with improved geometry description and biofidelity with special attention paid to the retraction mode, a phenomenon which is often masked in the temporal domain.