Development of a snow sports helmet integrating a 3D-printed triply periodic minimal surface foam
Notice bibliographique
Résumé
Helmets are a critical component of personal protective equipment for sports and recreational activities that involve a risk of head impacts. Their primary function is to mitigate severe traumatic brain injuries (TBI), especially in snow sport activities. In these disciplines, helmets are generally made with expanded polystyrene (EPS), a material engineered to undergo plastic deformation upon impact. This energy dissipation mechanism protects well against severe TBI but is less effective against mild TBI, including sport-related concussions (SRC). Snow sports are widely practiced by young individuals whose neurodevelopmental processes are still ongoing, rendering them more vulnerable to SRC. Even a seemingly minor fall on compacted snow can result in SRC, underscoring the need for helmet designs that extend protection beyond severe trauma to include lower-impact brain injuries. Given this understanding, there is a compelling rationale for developing snow sports helmets optimized for mitigating SRC.This study seeks to address this limitation by designing and assessing the performance of a snow sports helmet prototype integrating a 3D-printed triply periodic minimal surface (TPMS) foam. The mechanical behavior of twelve TPMS foam samples with varying unit cell topology and density was characterized under impact loading using a drop tower. The stress-strain (SS) curves of each TPMS configuration were then compared to the SS curve of a conventional EPS sample to identify the most promising TMPS structure based on its energy absorption properties. The EPS liner of a reference snow sports helmet (Decathlon, WEDZE H100) was replaced with a 3D-printed liner featuring the selected TPMS, specifically a gyroid unit cell structure with a 6 mm characteristic dimension and a relative density of 40%, resulting in a helmet prototype. The safety performance of both the reference and prototype helmets was subsequently evaluated using a protocol inspired by the Snow Sports Helmet STAR Protocol (Virginia Tech Helmet Lab). This protocol involves impact testing on a drop tower under six distinct configurations, defined by a single impact speed (6.7 m/s), three impact locations (front, side and rear boss) and two flat-angle anvil (35° and 55°). A STAR value, calculated from the peak linear acceleration and rotational velocity, was determined for each helmet, with a lower score indicating improved safety performance. The prototype helmet (0.65) exhibited a STAR value comparable to the value of the reference helmet (0.66). Accordingly, future work will focus on optimizing the TPMS structure by refining cell size and relative density to enhance protective performance.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».