Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биомеханика дорожно-транспортных происшествий. Учебное пособие
.pdf
Направление сил инерции при продольном столкновении и при
наезде на неподвижное препятствие совпадает с направлением
движения ТС. При столкновении ТС под углом значение угла, под
которым направлен удар по отношению к продольной оси ТС,
определяется направлением относительной скорости их сближения.
Угол
, под которым направлена относительная скорость данного ТС
1
по отношению к его продольной оси, определяется по формуле
1
1
VV
12
,
где
sin
tg
1
– скорость данного ТС;
V
1
– скорость другого ТС, по которому нанесен удар.
V
2
cos
Отсчет углов при расчете по этой формуле проводится от
направления движения данного ТС в одном направлении, например
против часовой стрелки. Направление относительной скорости и,
следовательно, направление удара по ТС можно определить и более
простым графическим способом. Для этого необходимо построить
параллелограмм, одной стороной которого является вектор,
соответствующий по величине скорости
данного автомобиля, но
V
1
противоположного направления, другой стороной – вектор скорости
другого ТС
мается равным углу столкновения
ма
является вектором относительной скорости, направление кото
V
0
. Угол между векторами скоростей движения ТС прини
V
2
. Диагональ этого параллелограм
1
рой определяет направление удара по ТС, т.е. направление, обратное
действию инерционной силы на человека. Направление относительной
скорости в некоторых случаях можно выявить на основании
трассологических исследований ТС. Под углом, определяющим на
правление относительной скорости, расположены трассы на горизон
тальных или близких к горизонтальным поверхностях, возникающие в
начале столкновения. Под таким же углом смещаются отдельные
участки деформировавшихся частей ТС при блокирующих ударах (без
проскальзывания контактировавших поверхностей).
Если при столкновении удар нанесен эксцентрично (направление
удара не совпадает с центром тяжести ТС), кроме изменения величины
и направления скорости, перемещения центра тяжести ТС повора
чивается относительно него. Однако в большинстве случаев переме
щения в результате поворота настолько малы по сравнению с переме
щениями в направлении удара, что их можно не учитывать.
71
Сила инерции, действующая на человека в процессе контактиро
j
вания ТС, характеризуется прежде всего замедлением ТС, а именно
средним значением замедления:
где
1
1112212
26
GD
1
– скорость перемещения общего центра тяжести двух ТС после
V
k
GV GV G G V
22 2
,
k
удара, км/ч;
D –
,GG
12
глубина взаимного внедрения ТС и преграды;
– массы столкнувшихся ТС, т.
Эта формула пригодна для расчета условий, как продольного
блокирующего удара, так и удара под углом и столкновения ТС с
неподвижным препятствием.
Для продольного блокирующего столкновения ТС значение
V
k
раскрывается в следующей формуле
GV GV
V
k
Подставив указанное выражение
G
j
1
GG D
12
11 22
GG
12
V
k
VV
2
12
.
, получим:
26
2
.
Из формулы видно, чем больше масса данного ТС, тем меньше
замедление.
Когда столкновение ТС происходит при движении их под углом
друг к другу, то подставляется другое значение
V
:
k
Q
V
k
GG
12
,
где Q – количество движения обоих ТС.
Расчет общего количества сложен. Поэтому для определения
скорости
графоаналитическим путем необходимо построить в
V
k
масштабе параллелограмм, сторонами которого являются векторы
количества движения обоих ТС перед столкновением. Угол между
векторами принимается равным углу столкновения. Диагональ
параллелограмма является вектором общего количества движения
обоих ТС. Определив по масштабу количество движения Q и разделив
эту величину на сумму масс ТС, получим значение скорости
. Для
V
k
упрощения расчетов количество движения можно принимать как
произведение скорости (в километрах в час) на массу ТС (в т).
72
При наезде на неподвижное препятствие среднее замедление
D
определяется более просто по формуле
2
V
j
26
.
Поскольку сила, действующая на человека, определяется вели
чиной замедления его движения, постольку должны учитываться не
только замедление, но и факторы, противодействующие ему, демпфи
рование. Под демпфированием силы инерции тела человека при ДТП
понимается снижение силы инерции в результате продвижения центра
тяжести тела в направлении, противоположном направлению силы,
действовавшей в процессе контактирования тела человека с частью ТС.
Демпфированию силы инерции тела человека способствуют:
деформация препятствия, в которое нанесен удар;
деформация ТС в направлении удара со стороны препятствия;
деформация частей кузова, воздействовавших на человека;
деформация самого тела человека;
проскальзывание тела человека между воздействовавших на него
частей ТС.
Возможности демпфирования силы инерции тела человека тесно
связаны с:
геометрией внешнего контура соударяющихся частей: кузова и
тела человека;
геометрией интерьера салона;
хрупкостью технических узлов;
эластичностью обивок;
конструктивными особенностями кузова, предусматривающими
определенный наклон панели приборов;
смещение конструкций под ударом.
На силу инерции, действующую на тело человека, влияет
расстояние от него до контактировавшей с ним части кузова, а также
расстояние относительно линии эксцентричности удара по ТС, когда
после удара оно резко разворачивается. Подробно проанализируем оба
условия.
Чем больше расстояние от тела человека до кузова, тем с большей
скоростью наносится удар по телу, тем больше воздействующая сила.
Скорость кузова значительно снижается силой сопротивления
деформациям ТС к моменту, когда человек приблизится к нему. Но
тело человека продолжает движение, практически с первоначальной
скоростью. Если расстояние от тела человека до ограничивающих его
смещение частей достаточно велико и к моменту сближения с ними
взаимное внедрение ТС и препятствия уже закончено, – смягчение
73
удара происходит только за счет собственной деформации тела и воз
действовавших на него частей кузова. Следовательно, сила инерции –
наибольшая.
Зависимость инерционной силы от расположения человека отно
сительно направления эксцентричного удара связана с тем, что скоро
сти участков ТС, находящихся на разных расстояниях от направления
эксцентричного удара, меняются поразному. Участки, расположенные
по линии удара, максимально меняют скорость. При наезде на
неподвижное препятствие она снижается до нуля, а при встречных
столкновениях – может приобретать даже обратное направление.
Участки же, находящиеся на удалении от линии удара, продолжают
движение в результате разворота ТС относительно участка, по которо
му нанесен удар. Поэтому, чем дальше расположен участок от линии
эксцентричного удара, тем меньше его замедление и, следовательно,
сила инерции, действующая на объекты, расположенные на данном
участке. Чем эксцентричнее удар, тем больше различаются силы
инерции, действующие на людей в разных местах кузова. Это обсто
ятельство следует учитывать при решении вопроса о месте располо
жения участников происшествия в момент удара.
В медицине влияние силы инерции обозначают термином «пере
грузка».
Перегрузка показывает, во сколько раз сила, вызывающая ускоре
ние или торможение движения тела, больше его веса.
Переносимость перегрузок – способность организма переносить
определенную перегрузку в течении заданного промежутка времени
без получения тяжелых и необратимых травм. Переносимость может
быть глобальной и локальной (региональной).
При глобальной переносимости рассматривается результат воздей
ствия перегрузок практически на весь организм человека.
При локальной – результаты соударения отдельных частей тела
человека с объектом соударения.
При ДТП на человека, находящегося внутри автомобиля, действу
ют практически только локальные перегрузки в результате контакта
отдельных частей его тела со специальными или защитными удержива
ющими средствами, поэтому в дальнейшем их можно называть
переносимостью.
Тяжесть травмирования человека в автомобиле при фронтальных
столкновениях определяется в основном повреждениями головы,
грудной клетки и тазобедренного сустава (табл. 14).
74
Наименование
D
Z
F
Расчетная формула Обозначение Примечание
критерия
HIC – критерий трав
мирования головы
NIC – критерии по
вреждения шеи
HIC t t adt t t
Определяются для зоны соединения позвоночного столба с основанием черепа по осевому растягивающему
усилию по направлению спереди назад по в месте соединения головы и шеи, кН с учетом продолжительности
действия усилий в мс
ThCC – критерий
сжатия грудной клет
Определяется как абсолютная величина сжатия грудной клетки манекена, мм. Оценка соответствия – по
максимальному из зарегистрированных значений
ки
FFC – критерий
усилия сжатия в
Определяется как предельно допустимая величина усилия сжатия в бедренных костях ног манекена, кН пере
даваемой по оси к каждому бедру манекена и измеряемая с учетом продолжительности сжимающей нагрузки, мс
бедренной кости
TCFC – критерий
усилия сжатия боль
Определяется как предельно допустимая величина усилия сжатия в костях голеней ног манекена, кН. Оценка
соответствия – по максимальному из зарегистрированных значений
шой берцовой кости
VC – критерий вяз
кости грудной клетки
TI – индекс травми
рования большой
VC
TI
берцовой кости
Критерии травмирования человека
2,5
1( ) ( )
max
M
R
MF
CR CZ
t
1
21 21
t
2
dD
0.14
dt
Таблица 14
t
и t2 – текущие значения начала и
1
конца отрезка времени, с, на котором
производится интегрирование, прини
мают любые значения в пределах
общего времени процесса при условиях
t
и t1–t2<36 мс; n(t) – модуль
1>t2
пространственного вектора перегрузки
в единицах ускорения свободного
падения; dt – шаг интегрирования
D – смещение ребер, м Расчетный, зависящий от величины и
M
–изгибающий момент по осям х и у,
R
Нм; MCR – критический изгибающий
момент, 22,5 Нм; FZ – осевое
сжимающее усилие по оси z, кН; FCZ –
критическое сжимающее усилие по оси
z, 35,9 кН
Зависит от величины и продолжи
тельности действия перегрузок в голове
манекена. Применяется в случаях, когда
голова манекена в процессе испытания
контактирует с элементами интерьера
транспортного средства
скорости деформации грудной клетки
Расчетный, зависящий от величины
крутящих моментов, действующих в
коленном и голеностопном суставах, и
усилия сжатия в костях голеней ног
манекена. Оценка соответствия – по
максимальному критерию [7]
75
Переносимость перегрузок грудной клеткой нормируется двумя
показателями: результирующей перегрузкой, измеренной по трем
плоскостям в центре тяжести туловища и усилием при ударе грудью о
рулевое колесо. Предельно допустимый коэффициент перегрузки
грудной клетки 60 в течение 3 мс (проект правил ЕЭК ООН), а
максимально допустимое усилие при ударе составляет 11,5 кН (ОСТ
37.001.002–70,
Правила ЕЭК ООН №12, стандарт США №203).
Переносимость перегрузок коленным суставом, точнее системой
«
коленная чашечка–бедро–таз», нормируется максимально допусти
мым при соударении усилием в бедре 6,4 кН.
Голова человека наиболее часто подвергается травмированию при
ДТП. Результаты проводившихся ранее экспериментально медико
биологических исследований, которые могут быть приняты в качестве
базовых при нормировании переносимости перегрузок головой при
импульсных нагружениях в условиях ДТП, разделяются на две основ
ные группы: 1) данные динамических испытаний на животных в усло
виях соударения головы с твердой поверхностью; 2) данные, в которых
испытуемые закреплялись специальными удерживающими средствами
и в которых имитировались условия импульсного нагружения без
непосредственного контакта головы испытуемого с возможным
объектом соударения.
Для оценки тяжести травмирования головы предложено исполь
зовать показатель НIC, который рассчитывается по кривой аппрокси
мированного ускорения центра тяжести головы, измеренного в про
межутке времени t
. За предельно допустимый уровень принято
1–t2
значение HIC=1500.
Результаты исследования кинематики перемещения водителя при
фронтальном столкновении грузового автомобиля показали, что
травмоопасные нагрузки, обусловленные конструктивными особенно
стями и размещением рулевого управления, воздействуют на область
живота. Предельно допустимая нагрузка при ударе брюшной полостью
о рулевое колесо 40005000 Н.
Тяжесть травмирования человека в автомобиле при ДТП типа
«
удар сзади» определяется в основном повреждениями шейных
позвонков. Многочисленные исследования позволили выявить два
нормированных измерителя, которые используют при оценке тяжести
травмирования шейного участка.
Учеными были получены значения повреждаемости шейного уча
стка позвоночника человека при «хлыстообразном» нагружении,
определяемые угловым ускорением головы и длительностью действия
перегрузок.
76
Косвенным измерителем допустимых перегрузок на шейный
участок при ударе сзади является угол запрокидывания головы назад,
он не должен превышать 40 (Правилами ЕЭК ООН №25 оговорено
предельно допустимое перемещение головы 102 мм). Установка под
головников практически полностью решает этот вопрос.
Наиболее достоверными результатами медикобиологических ис
следований, которые можно непосредственно использовать при
разработке безопасных конструкций автомобилей, являются нормы
допустимых перегрузок для грудной клетки и тазобедренного сустава.
Нормирование перегрузок головы, лимитирующей в значительной
мере возможности человеческого организма в целом переносить
перегрузки, и разработка соответствующих комплексных методов
испытаний и оценки продолжают оставаться сложной проблемой.
Правила № 94 с поправками серии 01 предусматривают семь
биомеханических критериев.
Контрольные вопросы
1. Назовите виды испытаний автомобилей на столкновение.
2.
Назовите цели и виды статических испытаний.
3.
Назовите цели и виды динамических испытаний.
4.
Назовите виды краштестов.
5.
Назовите принцип использования манекена.
6.
Каковы принципы оценки безопасности автомобилей по рез
ультатам краштестов.
7.
Назовите элементы пассивной безопасности.
8.
Каковы основные критерии оценки свойств системы обеспечения
пассивной безопасности.
9.
Назовите показатели эффективности функционирования систе
мы обеспечения пассивной безопасности.
10.
Назовите базовые характеристики при проведении биомехани
ческих исследований.
11.
Назовите биокинематическую цепь тела.
12.
Назовите основные требования к элементам пассивной
безопасности.
13.
Дайте определение автомобильная травма.
14.
Какова классификация автомобильных травм?
15.
Каковы повреждения тела человека при различных столкнове
ниях?
16.
Дайте определение «ускорение», «перегрузка», «инерция».
17.
Назовите виды перегрузок.
18.
Каковы критерии травмирования человека в соответствии с
ЕЭК ООН №25?
77
4. ПОКАЗАТЕЛИ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
4.1. Определение опасности размещения человека
в автомобиле при ДТП
Проведение оценки расположения человека в автомобиле с точки
зрения возможности получения им травм об элементы салона
необходимо, вопервых, для совершенствования внутреннего устрой
ства автомобиля, т.е. конструкции его салона, вовторых, для даль
нейших исследований в области активной и пассивной безопасности.
Коэффициент, определяющий опасность расположения человека в
автомобиле в зависимости от вида ДТП:
Z
к=Zвк–Zд
где к — вид ДТП;
Z
— коэффициент вероятности травмирования человека различны
вк
ми элементами салона автомобиля в зависимости от вида ДТП;
Z
— коэффициент, характеризующий частоту различных видов
д
ДТП.
Коэффициент Z
зависит от скорости столкновения, от нагрузок,
вк
которые при этом возникают, от допустимых перегрузок на органы че
ловека и, конечно, от вида ДТП. Для определения значений величины
коэффициента Z
исследователями был проведен анализ последствий
вк
различных столкновений при разных скоростях, а также использованы
данные экспериментальных столкновений, т.е. были рассмотрены
перемещения человека в салоне автомобиля. Для получения значений
коэффициента Z
выделили в автомобиле 20 элементов конструкции, о
вк
которые человек может удариться при том или ином ДТП (табл. 15)
Элементы конструкции салона автомобиля
,
Таблица 15
№
п/п
Элемент конструкции №
п/п
Элемент
конструкции
1 Ветровое стекло 11 Рычаг переключения передач
2 Рулевое управление 12 Противосолнечный щиток
3 Щиток приборов 13 Педали
4 Двери 14 Ручки дверей
5 Спинка сиденья 15 Верхняя кромка сиденья
6 Зеркало 16 Центральная стойка кузова
7 Крыша 17 Задняя часть боковины кузова
8 Боковая стойка 18 Подвижные предметы
9 Детали пола 19 Выбрасывание
10 Боковое стекло 20 Неизвестные причины
78
Зная законы физики, можно с достаточной достоверностью
определить возможные перемещения тела человека, находящегося на
определенном месте при различных ДТП. Затем можно подсчитать
элементы, о которые человек мог бы удариться, т.е. вероятность
травмирования. Чем больше предметов, о которые он может удариться,
тем больше вероятность травмирования. В результате логических
рассуждений получается максимальное число опасных элементов для
рассматриваемых видов ДТП, равное 10. Для облегчения анализа сум
му этих (травмирующих) элементов в дальнейшем использовали
уменьшенной в 10 раз.
В табл. 16 представлены значения коэффициентов в зависимости от
вида столкновения и номера посадочного места
Таблица 16
Значения коэффициентов опасности расположения человека
Номер
посадочного
места
1
2
3
4
Значение
коэффициентов
опасности
z
вк
z
д
z
вк
z
д
z
вк
z
д
z
вк
z
д
Боковое Лобовое Заднее
I II III IV V VI
1,0
22%
0,7
22%
0,4
22%
0,5
22%
0,7
15%
1,0
15%
0,5
15%
0,4
15%
Вид ДТП
0,8
15%
0,6
15%
0,3
15%
0,3
15%
0,8
15%
0,6
15%
0,3
15%
0,3
15%
0,8
5%
0,6
5%
0,3
5%
0,3
5%
4.2. Определение относительного коэффициента опасности
0,2
10%
0,2
10%
0,3
10%
0,3
10%
При изучении данных исследований выявляются различные зави
симости травмирования органов человека от элементов конструкции
автомобиля. Рассматривая различные ДТП, можно увидеть, что эле
менты салона автомобиля не равноопасны. Различные органы человека
травмируются какимито определенными элементами конструкции
автомобиля (рис. 13). Степень травмирования зависит от располо
жения людей в автомобиле.
Зная частоту травмирования рассматриваемого органа человека в
ДТП вообще и долю участия различных элементов конструкции в
79
травмировании этого органа, можно определить относительную
опасность различных элементов конструкции автомобиля. Для этого
используется коэффициент относительной опасности данного
элемента конструкции автомобиля О:
XK
о
t
O
i
100%
i
,
где Х
– показатели опасности того или иного элемента конструкции
оi
автомобиля для конкретного органа человека;
K – единицы травмирования (ЕТ) конкретного органа.
о
i
Рис. 13. Опасность травмирования человека
различными элементами салона автомобиля:
числа в кружках – показатели опасности того или иного элемента
конструкции автомобиля для конкретного органа человека;
числа на теле человека – единицы травмирования (ЕТ) конкретного органа
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]