Lattice-based motorcycle helmet liner design for brain damage mitigation (2025)
- Authors:
- Autor USP: PEREIRA, HENRIQUE RAMOS DE CARVALHO - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO; MOTOCICLETAS; TRAUMATISMOS CRANIOCEREBRAIS
- Language: Inglês
- Abstract: Capacetes de motocicleta comerciais são projetados, para resistir a impactos lineares. No entanto, é amplamente reconhecido que as acelerações rotacionais, causadas por impactos oblíquos, são a principal causa de lesões cerebrais graves entre motocilistas. Nesta tese, desenvolve-se um revestimento interno para capacetes, baseado em estruturas celulares giroidais, com o objetivo de melhorar a dissipação de energia em impactos oblíquos. Inicialmente, um capacete de motocicleta foi analisado experimentalmente em um equipamento de teste de impacto de capacetes, no qual as simulações numéricas apresentaram boa concordância com os resultados experimentais. O revestimento interno foi então segmentado em regiões de impacto (traseira, frontal, superior e lateral) e acoplado a um modelo numérico biomecânico de cabeça humana para avaliar respostas a impactos oblíquos e os níveis de lesão cerebral. Um modelo de espuma transversalmente anisotrópica foi utilizado para análise de sensibilidade, identificando os parâmetros mecânicos do revestimento interno mais influentes sobre os níveis de lesão cerebral. Esse processo resultou no desenvolvimento e obtenção de um revestimento idealizado. Na sequência, este trabalho avaliou o desempenho de diferentes materiais e estruturas. Dentre essas, as estruturas celulares giroidais mostraram-se promissoras. Realizou-se a caracterização mecânica do TPU, incluindo a anisotropia e os efeitos da taxa de deformação, além de ensaios de tração, compressão e cisalhamento em regimes quase estáticos e dinâmicos. Simulações por elementos finitos apoiaram o ajuste de um modelo constitutivo do material impresso. Por fim, as estruturas giroidais foram incorporadas ao revestimento interno do capacete, sendo submetidas a um processo de otimização de espessura para cada região de impacto. Osresultados otimizados mostraram redução significativa dos níveis de deformação cerebral, especialmente nas regiões frontais e superiores, evidenciando a eficácia das estruturas celulares na mitigação de lesões cerebrais. Embora os impactos laterais e traseiros tenham apresentado melhorias limitadas, os resultados ressaltam o potencial de revestimentos por manufatura aditiva para aumentar a segurança do motociclista. Adicionalmente, a metodologia proposta pode apoiar futuros desenvolvimentos no uso de estruturas celulares leves como revestimento interno de capacetes, contribuindo para a redução do risco de lesões cerebrais em acidentes de trânsito.
- Imprenta:
- Data da defesa: 02.12.2025
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ABNT
PEREIRA, Henrique Ramos de Carvalho. Lattice-based motorcycle helmet liner design for brain damage mitigation. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2025. . Acesso em: 11 abr. 2026. -
APA
Pereira, H. R. de C. (2025). Lattice-based motorcycle helmet liner design for brain damage mitigation (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. -
NLM
Pereira HR de C. Lattice-based motorcycle helmet liner design for brain damage mitigation. 2025 ;[citado 2026 abr. 11 ] -
Vancouver
Pereira HR de C. Lattice-based motorcycle helmet liner design for brain damage mitigation. 2025 ;[citado 2026 abr. 11 ]
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