Farklı darbe yükleri etkisindeki üç boyutlu insan kafasının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi

Abstract

Yapılan bu tez çalışmasında, değişik darbe koşulları altındaki insan kafası sonlu elemanlar yöntemiyle modellenip, kafatasında ve beyinde oluşan basınç ve gerilme dağılımları incelenmiştir. İlk olarak kafatası modeli anatomik koşullara uygun olarak optik tarama cihazı ile taranıp 2?B modeli oluşturulmuştur. Sonra, CATIA katı model programı kullanılarak kafatası ve beynin 3?B hali oluşturulmuştur. Oluşturulan bu 3?B modelde LS-DYNA 3D programı ile sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak önden (frontal), arkadan (oksipital) ve yandan (side) darbeler etkisiyle hem kafatası hem de beyindeki basınç ve gerilme değerleri incelenmiştir. Yapılan sonlu elemanlar analizinde kafatası elemanı elastik malzeme gibi modellenirken beyin hem elastik hem de viskoelastik malzeme özellikleri kullanılarak modellenmiştir. İlk olarak oluşturulan kafa modeline frontal bölgeden yapılan darbe sonucunda kafatası ve beyindeki farklı bölgelerden elde edilen basınç değerleri literatür verileriyle kıyaslanarak verilmiştir. Daha sonra oksipital darbe etkisiyle kafatası ve beynin tepkileri incelenmiştir. Ayrıca bu darbede kafanın pozisyonu, yani düz ya da açılı olması durumları karşılaştırılmalı olarak analiz edilmiştir. Son olarak ise yanal darbe etkisiyle kafatası ve beyindeki basınç ve gerilme dağılımları elde edilmiştir. Yapılan bu çalışmalar neticesinde, kafatasına beyin ve beyin sıvısının eklenmesiyle kafatasından elde edilen basınç değerlerinde pek belirgin bir fark oluşmaması dikkat çekmiştir. Ancak, kafatasından elde edilen basınç değerlerinde kafa açısı ve darbe yerinin etkili olduğu tespit edilmiştir. Beyin için kullanılan farklı malzeme değerlerinin elde edilen basınç ve gerilme değerlerini etkilediği fakat kafa açısının beyin üzerinde elde edilen basınç değerlerini sayısal olarak pek etkilemediği görülmüştür. Üç farklı darbe sonucunda kafatası için en tehlikeli darbe frontal olurken, beyin için yanal darbenin daha tehlikeli olduğu tespit edilmiştir