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Título : Análisis numérico de cargas de impacto sobre cráneo humano
Autor : DR. URRIOLAGOITIA SOSA, GUILLERMO
DR. URRIOLAGOITIA CALDERÓN, GUILLERMO
ING. CARRASCO HERNÁNDEZ, FRANCISCO
Palabras clave : cargas de impacto
cráneo humano
Fecha de publicación : 9-dic-2011
Resumen : Since the ancient Egypt, continuing with Greece, Arabia, Spain, England, among others, it has been considered of great importance to study head impacts, in order to understand the brain affectation. This thesis shows from the biomechanics point of view, the mechanical ability of the structure to support a high velocity impact (specifically 100 m/s). It is necessary to include the bases of biomechanics, specifically impact biomechanics, starting with dynamics, particularly the principle of impulse and momentum, to show the mechanical bases of the impact. If it is done a homology in so far as the elastic and plastic behavior of materials it is easier to understand what happens inside the material that is exposed to a sudden load. Having the prior knowledge three shell idealizations are made, that is considered the mechanical structure of the human skull, the first idealization shown a perfectly plastic material, with three movement phases, an energy discussion, as well as an impulsive load; follow by the elastic perfectly plastic material idealization, with four movement phases, an energy discussion, and an impulsive load; and finally when the idealization of the material behavior is rigid perfectly plastic, obtained two movement phases, an energy discussion, and an impulsive load. Knowing the mechanical part of the study that is desire to do, is necessary to compound with the knowledge of the human skull anatomy, including a study of the architecture of the skull, and a explication of the brain its parts and pathologies that are generated when receiving an impact. Within the core of the present study, it is shown the performance of the numerical analysis, showing the methodology for modeling the skull, and the characteristics of each study, including the frontal, lateral, superior and back modes, obtaining the results for total displacement, maximum principal stress, shear stress, equivalent plastic strain, maximum shear stress and equivalent stress; energy analysis are performed of each study including the internal energy, the kinetic energy, internal energy and plastic work. Finally the culmination of the work is reached by including conclusions regarding each study, generating a comparison of all studies to look in a comprehensive way all the results.
Descripción : Desde el antiguo Egipto, continuando con Grecia, Arabia, España, Inglaterra, entre otros, se ha considerado de gran importancia el estudio de impactos en la cabeza, con el fin de comprender lo que sucede dentro del encéfalo al recibir un golpe. El presente trabajo de tesis muestra desde el punto de vista de la biomecánica, la capacidad mecánica que presenta la estructura del cráneo para soportar un impacto de alta velocidad (específicamente 100 m/s). Es necesario incluir los fundamentos teóricos de biomecánica, especificando la biomecánica de impacto, comenzar desde los inicios de dinámica, particularmente el principio de impulso y cantidad de movimiento, con el fin de dar inicio a las bases mecánicas del impacto. Si se realiza una homología en cuanto al comportamiento elástico y plástico de los materiales resulta con mayor facilidad el comprender lo que sucede dentro del material sometido a una carga súbita. Teniendo los conocimientos anteriores se realizan tres idealizaciones de un cascaron, que es considerada la aproximación a la estructura mecánica del cráneo humano, se muestra la primer idealización como un material perfectamente plástico, con tres fases de movimiento, una discusión energética, así como una carga impulsiva; seguido de la idealización del material considerado elástico perfectamente plástico, con cuatro fases de movimiento, una discusión de energía y el análisis de las cargas impulsivas; y por último cuando la idealización del material es considerado rígido perfectamente plástico, obteniendo dos fases de movimiento, se discuten las energías y por último se muestra el análisis de las cargas impulsivas. Comprendiendo la parte mecánica del estudio que se desea realizar, es necesario combinarlo con un estudio de la anatomía del cráneo humano, teniendo dentro de esta sección la parte anatómica, un estudio de la arquitectura del cráneo, y por último una explicación del órgano al cual protege el cráneo, el encéfalo, sus partes y las patologías que se generan al recibir un impacto. Dentro de la parte medular del presente estudio, se muestra la realización de los análisis numéricos, exponiendo la metodología para realizar el modelado del cráneo, y las particularidades para cada estudio, obteniendo resultados en desplazamiento total, Análisis numérico de cargas de impacto sobre cráneo humano esfuerzo principal máximo, esfuerzo cortante, deformación plástica equivalente, esfuerzo cortante máximo y esfuerzo equivalente, se realiza un análisis energético del estudio incluyendo análisis de energía interna, energía cinética, energía interna y el trabajo plástico. Por último se llega a la culminación del trabajo con la inclusión de conclusiones en cuanto a cada estudio, generando una comparativa entre todos los estudios con el fin de observar de una manera global los resultados.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/13146
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