戰場上士兵頭部受創的預防一直是美國陸軍個人頭盔及其內襯設計的核心任務。根據美國DVBIC中心的資料，2001年以來，有15萬名美國軍人患有外傷性腦損傷（TBI）。專家指出，至少30%的曾參加伊拉克或阿富汗戰爭超過四個月的軍人，暴露在可能患病的環境中。TBI通常由每秒1600英尺的衝擊波引起，這些衝擊波來自戰場上的地雷、迫擊砲、火箭筒、自殺炸彈以及即時爆炸裝置。 麻省理工學院的羅倫斯·楊博士團隊於2007年獲得了一項為期三年的合約，用於強化頭盔內襯設計。為了獲得完善的使用手冊與原廠支援，他們考慮頭盔、頭部與空氣的複雜接觸行為，並有效模擬爆炸波穿過空氣的物理現象，因此採用Abaqus作為分析工具。 研究首先以簡化的平板模型和頭盔-頭部系統，評估不同填充材料在爆炸衝擊下的有效性。對於流體填充材料，CEL（Coupled Eulerian-Lagrangian）方法能有效複製空氣爆炸的流固耦合現象，包括高爆衝、短歷時、壓縮效應和非線性。所有步驟，從建模、非線性分析、多物理場耦合分析到後處理，都在Abaqus的界面下完成。 實驗條件設定為50磅的黃色炸藥在20英尺外爆炸，最大衝擊壓力達50 psi，足以造成TBI但不致命。研究結果顯示，對於固態海綿填充物，當衝擊波抵達內襯，波傳遞到模型背面時，壓力峰值與升壓歷時在分析與實驗結果間有不錯的吻合度。比較固態與液態填充物的波傳遞，發現玻璃珠、水及甘油的壓力峰值最低，尤其是玻璃珠的數值僅為海綿的八成不到。此外，升壓歷時與壓力梯度顯示，玻璃珠、甘油與水在衝擊減緩特性方面表現最佳。 這些研究結果為進一步優化頭盔內襯設計提供了寶貴的數據支持，有望大幅提升士兵在戰場上的安全性。 關鍵字：頭盔、TBI 下載PDF