Разработка и расчет виртуального испытания удара головы манекена о подголовник сиденья автомобиля с использованием САПР
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1.1 Актуальность работы 5
1.2 Цель работы 6
2 Проведение испытаний по оценке пассивной безопасности автомобильных
сидений 7
2.1 Анализ исходных данных 9
2.1.1 Тестирование сиденья по методике EuroNCAP 10
2.1.2 Тестирование сиденья в соответствии с Правилами ЕЭК ООН N17 17
2.2 Анализ известных решений расчета удара головы о подголовник 22
2.3 Задачи исследования 24
3 Определение свойств и параметров конструкции сиденья, влияющих на
травмируемость шеи от хлыстовой травмы позвоночника 25
3.1 Методика определения факторов влияющих на результаты испытания 26
3.2 Разработка математической модели сиденья для испытания 29
3.3 Проведение экспериментов и получение данных 40
4 Методика проведение расчета испытания по методике EuroNCAP 53
4.1 Динамическая оценка хлыстовой травмы шеи 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
Список использованных источников 91
ПРИЛОЖЕНИЕ
1.1 Актуальность работы 5
1.2 Цель работы 6
2 Проведение испытаний по оценке пассивной безопасности автомобильных
сидений 7
2.1 Анализ исходных данных 9
2.1.1 Тестирование сиденья по методике EuroNCAP 10
2.1.2 Тестирование сиденья в соответствии с Правилами ЕЭК ООН N17 17
2.2 Анализ известных решений расчета удара головы о подголовник 22
2.3 Задачи исследования 24
3 Определение свойств и параметров конструкции сиденья, влияющих на
травмируемость шеи от хлыстовой травмы позвоночника 25
3.1 Методика определения факторов влияющих на результаты испытания 26
3.2 Разработка математической модели сиденья для испытания 29
3.3 Проведение экспериментов и получение данных 40
4 Методика проведение расчета испытания по методике EuroNCAP 53
4.1 Динамическая оценка хлыстовой травмы шеи 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
Список использованных источников 91
ПРИЛОЖЕНИЕ
В настоящее время проблема хлыстовой травмы является актуальной задачей и по результатам независимых испытаний обнаружено, что конструкции сидений различных современных автомобилей имеют проблемы связанные с неэффективной защитой пассажиров от хлыстовой травмы шейного отдела позвоночника. Это является результатом повышенной опасности для людей, которые могут быть подвергнуты риску травмирования во время дорожно-транспортных происшествий.
Несмотря на интенсивные исследования, механизм повреждения, приводящий к осложнениям при хлыстовой травме, остается малоизвестным, однако известно, что нижний отдел позвоночника подвергается чрезмерному разгибанию.
Энергия при ДТП направлена от движущегося автомобиля на автомобиль, который подвергается удару. Столкновение заставляет грудную клетку пассажира двигаться вперед вместе с головой, вызывая тем самым нефизиологические движения шейного отдела и его структур. Шейный отдел позвоночника перемещается вперед с разогнутом положении вместе с согнутой головой от затылка до тела позвонка из-за инерции головы, что приводит к возникновению нефизиологичной S- образной кривой. Происходит полное разгибание шейного отдела позвоночника с последующим сгибанием.
При разработке конструкций следует учитывать фактическую задачу по оптимальным финансовым вложениям денежных средств, поэтому, ввиду столь большой многозадачности, так сложно найти простое и эффективное решение поставленной задачи, которое могло бы решить проблему универсально и наиболее эффективно. В связи с этим возникает необходимость повсеместного и широкого использования различных компьютерных САПР систем для проведения статических и динамических испытаний.
Широкое и активное использование компьютерных технологий в направлении улучшения безопасности позволяет не только существенно сократить расходы на производимые работы, по сравнению с реальными испытаниями, но и находить и исследовать перспективные пути решения поставленных проблем, объективно смоделировать физический процесс динамического испытания и провести эксперимент на оценку безопасности различных автомобильных сидений.
Все элементы конструкции сиденья в большей или меньшей степени влияют на безопасность, поэтому при выполнении всех обязательных требований в отношении правил ЕЭК ООН, для дальнейшего повышения безопасности пассажиров автомобиля, следует рассматривать наиболее вероятные и опасные повреждения, которые могут происходить в дорожно-транспортных происшествиях.
Термин “Хлыстовая травма” используется для описания воздействия на голову повреждающей силы в любой плоскости, которая является причиной травмирования шеи и верхней части позвоночника, в результате столкновения сзади едущего автомобиля в другой. По статистике, чаще всего данная травма происходит при автомобильных столкновениях полученных водителем, либо пассажиром транспортного средства попавшего в аварию при которых происходило резкое ускорение или торможение, однако в редких случаях она так же может возникнуть и при резком боковом отклонении шеи, либо ее повороте. Поэтому немаловажным устройством, обеспечивающим снижение травматичности при столкновениях, следует отметить и подголовник автомобиля, который предназначен не только для обеспечения отдыха и удобства, но и для снижения вероятности получения травмы головы и шейного отдела позвоночника.
Ежегодно в мире хлыстовой травме подвергается более миллиона людей, и она происходит приблизительно в 20% случаев при ДТП из всех.
Несмотря на интенсивные исследования, механизм повреждения, приводящий к осложнениям при хлыстовой травме, остается малоизвестным, однако известно, что нижний отдел позвоночника подвергается чрезмерному разгибанию.
Энергия при ДТП направлена от движущегося автомобиля на автомобиль, который подвергается удару. Столкновение заставляет грудную клетку пассажира двигаться вперед вместе с головой, вызывая тем самым нефизиологические движения шейного отдела и его структур. Шейный отдел позвоночника перемещается вперед с разогнутом положении вместе с согнутой головой от затылка до тела позвонка из-за инерции головы, что приводит к возникновению нефизиологичной S- образной кривой. Происходит полное разгибание шейного отдела позвоночника с последующим сгибанием.
При разработке конструкций следует учитывать фактическую задачу по оптимальным финансовым вложениям денежных средств, поэтому, ввиду столь большой многозадачности, так сложно найти простое и эффективное решение поставленной задачи, которое могло бы решить проблему универсально и наиболее эффективно. В связи с этим возникает необходимость повсеместного и широкого использования различных компьютерных САПР систем для проведения статических и динамических испытаний.
Широкое и активное использование компьютерных технологий в направлении улучшения безопасности позволяет не только существенно сократить расходы на производимые работы, по сравнению с реальными испытаниями, но и находить и исследовать перспективные пути решения поставленных проблем, объективно смоделировать физический процесс динамического испытания и провести эксперимент на оценку безопасности различных автомобильных сидений.
Все элементы конструкции сиденья в большей или меньшей степени влияют на безопасность, поэтому при выполнении всех обязательных требований в отношении правил ЕЭК ООН, для дальнейшего повышения безопасности пассажиров автомобиля, следует рассматривать наиболее вероятные и опасные повреждения, которые могут происходить в дорожно-транспортных происшествиях.
Термин “Хлыстовая травма” используется для описания воздействия на голову повреждающей силы в любой плоскости, которая является причиной травмирования шеи и верхней части позвоночника, в результате столкновения сзади едущего автомобиля в другой. По статистике, чаще всего данная травма происходит при автомобильных столкновениях полученных водителем, либо пассажиром транспортного средства попавшего в аварию при которых происходило резкое ускорение или торможение, однако в редких случаях она так же может возникнуть и при резком боковом отклонении шеи, либо ее повороте. Поэтому немаловажным устройством, обеспечивающим снижение травматичности при столкновениях, следует отметить и подголовник автомобиля, который предназначен не только для обеспечения отдыха и удобства, но и для снижения вероятности получения травмы головы и шейного отдела позвоночника.
Ежегодно в мире хлыстовой травме подвергается более миллиона людей, и она происходит приблизительно в 20% случаев при ДТП из всех.
Исходя из результатов диссертации, полученные сведения работы могут нести в себе научно-исследовательскую, экономическую и социальную значимость работы:
1) научная значимость работы заключается в выявлении и использовании основных элементов влияющих на уровень безопасности сиденья; Исходя из этого, для оценки уровня безопасности новых конструкций и исследования, не требуется использовать полноценную модель сиденья. Использование данных диссертации позволит глубже изучить методы влияния на исход испытания и тем самым, обеспечить наилучшую безопасность пассажиров вследствие хлыстовой травмы,
2) экономическая значимость работы заключается в возможном экономическом эффекте, который может предотвратить значительные финансовые затраты в случае отрицательных результатов испытания; Снижение трудоемкости на поиск оптимальных решений в конкретной конструкции сиденья, так же может оказать экономический эффект,
3) социальная значимость работы заключается в увеличении шансов обеспечить разрабатываемые транспортные средства большей безопасностью при заднем столкновении, что безусловно является актуальной и перспективной целью всех научно-исследовательских работ, которые направлены на защиту здоровья людей, находящихся в автомобиле.
Анализ результатов решения задач
По результатам работы получены следующие результаты -
1) Определен необходимый и минимальный набор элементов сиденья, который необходим для проведения испытания;
2) Выявлены основные элементы конструкции сиденья, которые могут оказать наибольшее влияние на результаты испытания. К таким элементам относятся набивки сиденья и каркас подголовника.
3) Проведен расчет испытания по методике EuroNCAP с проведением оценки уровня безопасности сиденья.
Целью работы являлась разработка и расчет виртуального динамического испытания удара головы манекена о подголовник сиденья автомобиля на раннем этапе проектирования сиденья автомобиля.
Исходя из поставленных задач, цель работы была достигнута:
По результатам работы виртуальное динамическое испытание удара головы о подголовник сиденья автомобиля проведено, а все компоненты входящие в данное испытание разработаны и испытаны.
В результате проведения работы и получения граничного результата между средним и хорошим уровнем безопасности, подтверждена необходимость проведения оценки уровня безопасности сиденья, до его момента окончательной разработки.
В результате достижения цели можно сделать вывод, что полученные данные могут оказать поддержку при проектировании принципиально правильных конструктивных решений, которые могут быть проверены с помощью разработанной методики испытания.
Выводы о научной новизне работы
В результате выполнения диссертации получено следующее:
1) Предложено проводить оценивание уровня пассивной безопасности на этапе раннего проектирования конструкции сидений;
2) Установлена четкая и минимальная последовательность действий необходимая для проведения испытания на задний удар для вновь разрабатываемых конструкций;
3) Предложена концепция развития пассивной безопасности сиденья автомобиля за счет испытания отдельных элементов конструкции сиденья с целью уменьшения влияния прочих факторов на общий результат испытания.
1) научная значимость работы заключается в выявлении и использовании основных элементов влияющих на уровень безопасности сиденья; Исходя из этого, для оценки уровня безопасности новых конструкций и исследования, не требуется использовать полноценную модель сиденья. Использование данных диссертации позволит глубже изучить методы влияния на исход испытания и тем самым, обеспечить наилучшую безопасность пассажиров вследствие хлыстовой травмы,
2) экономическая значимость работы заключается в возможном экономическом эффекте, который может предотвратить значительные финансовые затраты в случае отрицательных результатов испытания; Снижение трудоемкости на поиск оптимальных решений в конкретной конструкции сиденья, так же может оказать экономический эффект,
3) социальная значимость работы заключается в увеличении шансов обеспечить разрабатываемые транспортные средства большей безопасностью при заднем столкновении, что безусловно является актуальной и перспективной целью всех научно-исследовательских работ, которые направлены на защиту здоровья людей, находящихся в автомобиле.
Анализ результатов решения задач
По результатам работы получены следующие результаты -
1) Определен необходимый и минимальный набор элементов сиденья, который необходим для проведения испытания;
2) Выявлены основные элементы конструкции сиденья, которые могут оказать наибольшее влияние на результаты испытания. К таким элементам относятся набивки сиденья и каркас подголовника.
3) Проведен расчет испытания по методике EuroNCAP с проведением оценки уровня безопасности сиденья.
Целью работы являлась разработка и расчет виртуального динамического испытания удара головы манекена о подголовник сиденья автомобиля на раннем этапе проектирования сиденья автомобиля.
Исходя из поставленных задач, цель работы была достигнута:
По результатам работы виртуальное динамическое испытание удара головы о подголовник сиденья автомобиля проведено, а все компоненты входящие в данное испытание разработаны и испытаны.
В результате проведения работы и получения граничного результата между средним и хорошим уровнем безопасности, подтверждена необходимость проведения оценки уровня безопасности сиденья, до его момента окончательной разработки.
В результате достижения цели можно сделать вывод, что полученные данные могут оказать поддержку при проектировании принципиально правильных конструктивных решений, которые могут быть проверены с помощью разработанной методики испытания.
Выводы о научной новизне работы
В результате выполнения диссертации получено следующее:
1) Предложено проводить оценивание уровня пассивной безопасности на этапе раннего проектирования конструкции сидений;
2) Установлена четкая и минимальная последовательность действий необходимая для проведения испытания на задний удар для вновь разрабатываемых конструкций;
3) Предложена концепция развития пассивной безопасности сиденья автомобиля за счет испытания отдельных элементов конструкции сиденья с целью уменьшения влияния прочих факторов на общий результат испытания.