THUMS Menschmodell

Das Total HUman Model for Safety (THUMS^TM) ist ein Simulationsmodell des menschlichen Körpers und kann für die Untersuchung in verschiedenen Impaktsituationen verwendet werden. Es wird seit etwa 2000 aktiv von der Toyota Motor Corporation und Toyota Central R&D Labs entwickelt, so dass auch Modelupdates und neue Versionen regelmäßig verfügbar sind. Die kommerzielle Version des THUMS Modells kann in Deutschland bei DYNAmore erworben werden. Zusätzlich steht auch eine nicht-kommerzielle Version zur Verfügung, welches allerdings auf Universitäten oder Forschungseinrichtungen beschränkt ist.

Zusätzlich stehen drei verschiedene Versionen zur Verfügung (Abbildung 2)

• Modellversion 1,4/1,6
  Diese Version wurde in den Jahren 2003/2004 entwickelt. Es repräsentiert ein kinematisches Menschmodell, bei dem insbesondere die Skelettstruktur, Gelenke, Fleisch/Muskeln/Fett, vereinfachte Organe und ein vereinfachtes Kopfmodell berücksichtigt wurden.
• Modellversion 3.0
  Als Updateversion entwickelt in 2008 verfügt das Modell über einen stark verfeinertes Kopfmodell, basierend auf CT Daten. Desweiteren wurden einige Materialien angepasst und die Geometrie leicht verbessert.
• Modellversion 4.0
  Die Version 4.0 stellt die aktuelle Modellversion dar und wurde Ende 2010 freigegeben. Das Modell wurde gegenüber den beiden anderen sehr stark verfeinert und beinhaltet nun ca. 2 Millionen Elemente. Neu ist hier auch eine sehr feine Organmodellierung, 3D Ligamente und verbesserte Materialien. Die Modellgeometrie basiert komplett auf CT-Scan Daten.

Abbildung 2: Vergleich zwischen den verschiedenen Modellversionen 1.x, 3.0 und 4.0.

Das THUMS Modell repräsentiert generell die anatomische Geometrie und die biomechanischen Eigenschaften des menschlichen Körpers, z.B. die Skelettstruktur, die Gelenke, die Knochensteifigkeit oder die Hautflexibilität. Sein Haupteinsatzgebiet ist die Simulation der Kinematik des menschlichen Körpers im Bereich der Insassen- und Fußgängersicherheit, sowie die Beurteilung von Spannungs- und Dehnungsverteilungen innerhalb der Knochen und Gelenken. Basierend auf einer sehr stark verfeinerten Modellstruktur sind bei neueren Modellversionen (Modell Version 4.0) auch weiterführende Analysen, wie z.B. die Beurteilung von Verletzungsmechanismen, möglich.

Das Modell des 50-perzentilen männlichen Erwachsenen (AM50) repräsentiert einen mittleren Erwachsenen mit einer Größe von 178,6cm und einem Gewicht von 77,3kg. Der BMI (Body Mass Index) beträgt hier ca. 25. Die Elementgröße bei der Version 4.0 liegt bei 3-5mm, bei einer Gesamtanzahl von 1,8 Millionen Elementen und ungefähr 630.000 Knoten. Das Modell wurde hauptsächlich mit Hilfe von dreidimensionalen Hexaeder- und Tetraederelementen, sowie Schalenelementen vernetzt. Hinzu kommen noch einige diskrete und Balkenelemente, um Modellverbindungen, wie z.B. Bänder, Ligamente, sowie (passive) Muskeln zu realisieren.

Die folgende Tabelle liefert am Beispiel des Insassenmodells einige generelle Informationen über die aktuelleren Versionen 3.0 und 4.0. Das Fußgängermodell weist hier ähnliche Eigenschaften auf.

Abbildung 3: Details des THUMS Menschmodells, Version 4.0.

Abbildung 4: Details der inneren Organe (links) Modellversion 3.0, (rechts) Modellversion 4.0.

Typische Anwendungsgebiete für die Fußgängermodell-Variante sind zum Beispiel Fußgängerschutz-Simulationen, bei denen die Impaktzeit und der -ort des Kopfes auf die Motorhaube ermittelt werden soll.
Hierfür kann das Modell relativ einfach umpositioniert werden, wobei verschiedenen Schrittpositionen oder Körperhaltungen berücksichtigt und auf ihren Einfluß auf das kinematische Gesamtverhalten hin untersucht werden können. Seit einiger Zeit rückt hier auch mehr und mehr eine THUMS Familie in den Vordergrund, in der verschiedene Modellgrößen verwendet werden um die Unterschiede zwischen Modellen wie die 5-perzentile, erwachsene Frau (AM05), das 6 jährige Kind (6YO) oder der 95-perzentile, männliche Erwachsene (AM95) herauszustellen. Abbildung 5 zeigt die drei Modelle AM50, AF05 und 6YO und einen Größenvergleich mit einem Beispielfahrzeug (Geo Metro Modell - http://www.ncac.gwu.edu). Abbildung 6 zeigt zusätzlich ein Beispiel eines Frontalimpaktes mit dem AM50 THUMS Modell und dem Geo Metro Modell.Typische Anwendungsgebiete für die Fußgängermodell-Variante sind zum Beispiel Fußgängerschutz-Simulationen, bei denen die Impaktzeit und der -ort des Kopfes auf die Motorhaube ermittelt werden soll.

Abbildung 5: Die THUMS Familie, bestehend aus den Modellen AM50, AF05 und 6YO.

Abbildung 6: Das AM50 THUMS Fußgängermodell in einer Frontalimpakt Situation.

Die Insassenmodellvariante repräsentiert ebenfalls einen 50-perzentilen, männlichen Erwachsenen in sitzender Position. Es wird hauptsächlich für Insassenschutzsimulationen verwendet, z.B. für die Airbag- und Sicherheitsgurtentwicklung, aber auch für kinematische Auswertungen in verschiedenen Crashsituationen, wie Frontal-, Lateral- oder Heckimpakte. Abbildung 7 zeigt hier das kinematische Verhalten des THUMS Modells in einer frontalen Crashtest-simulation, bei der die Wirkung des Sicherheitsgurtes untersucht werden sollte.

Abbildung 7: Das AM50 THUMS Insassenmodell in einer fontralen Impaktsituation (Bilder: Daimler AG).

Für nähere Informationen über verschiedene Modelllizenzen und Modellpreise setzen Sie sich bitte mit DYNAmore in Verbindung.