基于仿真人体的警用防暴服防护效能评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于警用防暴装备防护效能评估领域，特别涉及一种基于仿真人体力学响 应对防暴服的防护效能进行定量化测试和评价的方法。
【背景技术】
[0002] 防暴服是为公安特巡警、防暴警察、武警而设计、生产的个人防护装备，要求具有 防冲击、防刀刺和一定的阻燃性能，以达到遭受袭击时减少自身伤害的目的。因此，对防暴 服防护效能的评价，除防暴服本身的技术指标外，还应重点关注防护后效应一即身着防暴 服人员受到攻击时是否受到伤害、以及可能受到伤害的严重程度。由于防暴服受到不同能 量外力冲击时产生不同程度变形，进而快速挤压胸壁，可导致胸壁变形以及冲击压力波在 胸部组织和器官中传递，人员是否受到损伤取决于胸壁变形速度和变形量。我国2008年发 布并实施的中华人民共和国公共安全行业标准GA420-2008《警用防暴服》针对防暴服变形 的技术要求及试验方法是将防暴服的前胸、后背部件分别平放于标准胶泥上，以100J能量 冲击，胶泥压痕深度不应超过20mm。但这一方法和标准尚存在诸多不足，主要体现在以下三 个方面：
[0003]1、测试模型不合理。GA420-2008《警用防暴服》采用标准胶泥作为胸壁变形的测 试模型。这种标准胶泥是尺寸为600_X600_X150_、物理特性与软组织相近、单一密度 均匀介质。而人体胸部是由密度和物理特性各异的软组织和骨骼构成的几何不规则的多密 度复杂介质。因此，用结构、密度和物理特性与人体迥异的胶泥作为胸壁变形的测试模型不 尽合理。
[0004]2、反映胸壁变形过程不全面。GA420-2008《警用防暴服》以胶泥凹陷深度反映胸 壁最大瞬时变形量，但不能反映胸壁变形速度。
[0005]3、评价标准不客观。GA420-2008《警用防暴服》规定以100J能量冲击防暴服，背 衬胶泥压痕深度不应超过20mm。大量的生物试验研究表明，防暴服即使达到100J能量冲击 时胶泥压痕深度不超过20_的技术要求，仍然不能完全避免损伤发生，如皮肤软组织程度 挫伤，心、肺出血。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服现有方法的不足而提供的一种基于仿真人体力学响应 的防暴服防护效能评价方法。该方法利用无防护仿真人体、穿防暴服仿真人体获得冲击能 量作用时胸壁的力学响应数据，基于无防护与穿防暴服时力学响应的差异对防暴服的防护 效能进彳丁评估。
[0007]本发明所涉及的一种基于仿真人体力学响应的防暴服防护效能评价方法，其步骤 如下：
[0008] 1建立基于仿真人体的测试模型
[0009] (1)选择外形、尺寸、重量与成年人体相似，具有皮肤和胸廓骨架的仿真人体胸部 模型。
[0010] (2)在仿真人体胸部模型的胸骨中心位置安装加速度传感器，配置数据采集仪器， 用于采集、存储不同冲击能量作用于胸部的力学响应。
[0011] 2确定冲击能量加载方法
[0012] 以符合GA420-2008《警用防暴服》要求的直径Φ96πιπι、质量7. 5kg的钢制球头型 重锤作为冲击载荷，采用升降装置将重锤悬垂于一定高度Hn，重锤以自由下落方式撞击目 标胸部胸骨中心位置。采用调整重锤高度方式获得不同的冲击能量。重锤高度Hn对应的 冲击能量En=重锤质量X重力加速度XHn，其中重锤质量=7. 5kg，重力加速度=9. 8m/ s2〇
[0013] 3采用无防护仿真人体进行不同冲击能量加载时的力学响应测试
[0014] (1)按步骤2所述方法对仿真人体测试模型进行冲击能量加载。依次调整重锤高 度为！10、!11、!12、!13、!14、!15，其中！11 = 2!10，！12 = 3!10，！13 = 4!10，！14 = 5!10，!15 = 6!10。冲击 能量Εη(η= 0, 1，2, 3, 4, 5)也按最低能量E0的整数倍递增，即El= 2E0、E2 = 3E0、E3 = 4E0、E4 = 5E0、E5 = 6Ε0。
[0015] (2)每个冲击能量加载时均启用数据采集仪记录加速度传感器响应信号。
[0016] 4对无防护仿真人体测试模型力学响应进行数据处理
[0017] (1)对加速度曲线进行一次积分得到胸壁最大变形速度；
[0018] (2)对加速度曲线进行二次积分得到胸壁最大变形量，用胸壁变形量除以仿真人 体胸腔厚度得到最大变形比；
[0019] (3)胸壁最大变形速度乘以最大变形比，得到粘性响应指数。
[0020] 5采用穿防暴服仿真人体进行不同冲击能量加载时的力学响应测试和数据处理
[0021] (1)用待评价的某型防暴服包裹仿真人体胸部，确保其被撞击部位处于有效防护 状态。
[0022] (2)按步骤3所述方法进行冲击能量加载和加速度传感器信号采集。
[0023] (3)按步骤4所述方法计算胸部粘性响应指数。
[0024] 6基于仿真人体力学响应对某型防暴服防护效能进行评价
[0025] (1)计算无防护仿真人体在不同冲击能量加载时的胸部粘性响应指数总和。
[0026] (2)计算穿着某型防暴服仿真人体在不同冲击能量加载时的胸部粘性响应指数总 和。
[0027] (3)以无防护仿真人体胸部粘性响应指数总和为基准，计算穿着某型防暴服时仿 真人体胸部粘性响应指数总和减少百分比，以该百分比作为某型防暴服防护效能评价指 标。计算方法为：
[0028] (无防护仿真人体粘性响应指数总和一穿着某型防暴服仿真人体粘性响应指数总 和）/无防护仿真人体粘性响应指数总和X100%
[0029] (4)基于计算结果对某型防暴服防护效能进行分析。
[0030] 本发明利用无防护仿真人体、穿防暴服仿真人体获得冲击能量作用时胸壁的力学 响应数据，基于无防护与穿防暴服时力学响应的差异对防暴服的防护效能进行了有效的评 估，克服了现有方法测试模型不合理、反映胸壁变形过程不全面、《警用防暴服》评价标准不 客观等缺点。
【附图说明】
[0031] 图1为基于仿真人体力学响应进行防暴服防护性能评价流程示意图
[0032]图2为仿真人体加速度传感器安装和数据采集示意图
[0033] 图3为冲击能量加载示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明如下：
[0035] 实施例
[0036] 本实施例以防暴服A、防暴服B、防暴服C三种不同品牌警用防暴服的防护性能评 价为例，说明基于仿真人体力学响应进行防暴服防护性能评价的方法。其具体步骤如图1 所示：
[0037] 1建立基于仿真人体的测试模型
[0038] (1)依据外形、尺寸、重量与成年人体相似、具有皮肤和胸廓骨架的原则，选择 HybridIII假人作为仿真人体测试模型。
[0039] (2)在HybridIII假人胸部的胸骨中心位置安装加速度传感器，配置数据传输线和 数据采集仪，用于采集、存储不同冲击能量作用于胸部的力学响应，如图2所示。
[0040] 2确定冲击能量加载方法
[0041] 以符合GA420-2008《警用防暴服》要求的直径Φ96πιπι、质量7. 5kg的钢制球头型 重锤作为冲击载荷，采用升降装置将重锤悬垂于一定高度Hn，重锤以自由下落方式撞击目 标胸部胸骨中心位置。采用调整重锤高度方式获得不同的冲击能量。重锤高度Hn对应的 冲击能量En=重锤质量X重力加速度XHn，重锤质量=7. 5kg，重力加速度=9. 8m/s2。
[0042] 3采用无防护仿真人体进行不同冲击能量加载时的力学响应测试
[0043] (1)按步骤2所述方法对HybridIII假人测试模型进行冲击能量加