防爆服对人体躯干组织器官的力学响应

图9.8和表9.2分别显示了有无软质防爆服防护情况下人体组织器官的力学响应曲线和力学响应参数。

图9.8　0.5 kg TNT下的组织器官力学响应

(a)肝脏应力;(b)心脏应力;(c)肺脏应力;(d)胸骨应力

图9.8　0.5 kg TNT下的组织器官力学响应(续)

(e)肋骨应力;(f)肋软骨应力;(g)胸骨速度;(h)肋骨速度;(i)肋软骨速度(www.xing528.com)

通过对比表9.2中人体躯干有无软质防爆服防护情况下组织器官的力学响应参数,可以得到:当软质防爆服与人体躯干之间存在空气间隙时,冲击波钝性损伤下的人体组织器官力学响应参数大于冲击波的直接损伤;当软质防爆服与人体躯干之间无空气间隙时,冲击波钝性损伤下的人体组织器官力学响应参数小于冲击波的直接损伤,这与Thom得到的研究结论吻合。这种现象是由软质防爆服与人体躯干之间的空气受到强烈压缩作用后产生的高压,以及软质防爆服对人体躯干产生的强烈的冲击作用而造成的。根据Axelsson损伤模型,人体躯干无软质防爆服防护时的损伤概率为30%,有软质防爆服防护时,空气间隙为0和5 mm对应的人体损伤概率为30%和1%。总的来说,从软质防爆服对冲击波能量衰减的角度看,软质防爆服可以有效降低冲击波对人体的损伤。从有软质防爆服防护时人体组织器官力学响应来看,如果软质防爆服与人体之间存在空气间隙,则软质防爆服不仅不会降低冲击波对人体的损伤,反而对人体损伤具有加重效应;如果软质防爆服与人体之间不存在空气间隙,则软质防爆服可以有效降低冲击波对人体的损伤。然而,在实际应用中,防爆服与人体之间是存在空气间隙的,因此,软质防爆服的使用必然会加重人体的钝性损伤。

表9.2　冲击波直接损伤和钝性损伤下各组织器官的力学响应参数

Thom重点研究了空气间隙对人体损伤的影响,以及不同厚度Kevlar防爆纤维对人体躯干全防护(对整个人体躯干进行防护)和半防护(只在人体躯干正对爆源面进行防护)下肺脏的损伤情况。其研究结果表明:人体与Kevlar防爆纤维之间存在10 mm空气间隙时的人体损伤程度要大于人体无软质防爆服防护时的损伤程度;厚度较小的软质防爆服不仅不会降低冲击波对肺脏的损伤,反而会加重肺损伤,虽然厚度较大的软质防爆服可以降低肺损伤,但降低的效果并不明显,且软质防爆服厚度的增大会增加其重量,从而降低穿着的舒适性。同时,他还发现人体躯干全防护情况下的肺损伤要大于半防护情况。因此,本书得到的研究结论是可靠的。

通过分析防爆服后钝性损伤的产生机制,可以获得降低防爆服后钝性损伤的措施,即:

(1)如果要降低防爆服变形所造成的防爆服后钝性损伤,可以采用不易变形的防爆材料或防爆结构,或者在防爆服与人体躯干之间添加缓冲层以削弱防爆服对人体躯干的冲击作用。

(2)如果要降低防爆服与人体躯干之间的间隙内的高压空气所造成的防爆服后钝性损伤,可以对间隙内的空气进行泄压处理,如:①在保证透射冲击波压力和冲量不显著增大的情况下,对防爆服进行适当的打孔,使压力可以由孔卸载出去;②对人体进行半防护,即只在人体正对爆源面进行防护,使压力能够快速释放掉。