This paper presents the stress and deformation behaviors using the finite element method as a function of the thickness of the helmets without the bead frames on the top of the shell structure. The helmet that would provide head and neck protections without causing discomfort to the user when it was worn for long periods of time should be manufactured for increasing the safety and impact energy absorption. The FEM computed results show that when the impulsive force is applied on the top surface of a helmet, the maximum stress and strain have been occurred around the position of an applied impact force, which may lead to the initial failure on the top surface of the helmet shell. As the helmet thickness is decreased from 4mm to 2mm, the impact energy absorbing rate is radically increased, and the maximum stress of the helmet is increased over the tensile strength, 54.3MPa of the thermoplastic material. Thus, the top surface of the helmet should be supported by a bead frame and increased thickness of the shell structure.
본 본문에서는 헬멧의 정상부에 별도로 보강뼈대를 설치하지 않은 경우에 헬멧의 두께를 변수로 헬멧 구조물에 걸리는 응력과 변형거동 특성을 유한요소법으로 해석하였다. 헬멧은 현장 작업자의 안전성과 충격에너지 흡수력을 높일 수 있도록 제작해야 하고, 헬멧을 오랫동안 착용해도 불편함이 없어야 하며, 또한 머리와 목을 보호할 수 있어야 한다. FEM 해석결과에 의하면, 외부의 충격력이 헬멧의 꼭대기에 가해졌을 때 헬멧에 작용하는 최대응력과 최대변형은 하중이 작용하는 지점에서 발생하고, 최대응력은 헬멧모체 구조물의 초기파손을 일으키는 원인으로 작용하는 것으로 나타났다. 헬멧의 두께를 4mm에서 2mm로 줄이면, 충격에너지 흡수율은 급격하게 증가하지만 헬멧에 작용하는 최대응력은 열가소성 소재의 인장강도 54.3MPa을 많이 초과하므로 파손되었다할 수 있다. 따라서 헬멧의 강도안전을 확보하기 위해서는 헬멧의 정상부에 보강뼈대를 설치하는 것이 바람직하고, 헬멧모체 구조물의 두께를 보다 두껍게 설계할 필요가 있다.