Transcript סיכום המחקר
המרכז למחקר בהנדסה חקלאית מוסד הטכניון למחקר ופיתוח כלי סימולציה לחיזוי והפחתת היפגעות בתאונות פיתוח שיטת בחינה לא הורסת להתקנה נכונה של מעקות בטיחות באמצעות אנליזת תגובת התדר בגישת האלמנטים הסופיים הגופ מוראדג'ליאן צביקה אסף יצחק שמולביץ' מוגש לקרן מחקרים בענייני ביטוח ליד איגוד חברות הביטוח בישראל נובמבר 2012 מבנה המצגת • • • • • • • • רקע ומוטיבציה סקר ספרות-הצגת הידע הקיים מטרות המחקר תיאור המודלים קריטריוני פציעה בגוף תוצאות סיכום ומסקנות המלצות להמשך רקע ומוטיבציה • תכנון נכון של מעקות בטיחות עשוי להפחית ב 20% -את פגיעות הגוף וב 25%-את מספר ההרוגים בכלל התאונות בשנה. ()FHWA - Federal High Way Administration • מעקה בטיחות המותקן באופן לקוי עלול להגדיל משמעותית את חומרת הפגיעה ברכב ובנוסעים. • תוכנות אלמנטים סופיים דינאמיות מאפשרות כיום חיזוי מדויק של התנגשות רכב ברכב ,ורכב במכשול. רקע ומוטיבציה צילומים מהירידה בדרך פרויד -חיפה גובה המעקה – 23ס"מ עמוד מותקן בכיוון הפוך מודלים קיימים של התנגשות בעצמים לצד הדרך Marzougui. et al. 2006. EVALUATION OF RAIL HEIGHT EFFECTS ON THE SAFETY PERFORMANCE OF W-BEAM BARRIERS Ried D.J. 2006. LS-DYNA Simulation Influence on Roadside Hardware Pernetti et al.. 2006. DEVELOPMENT OF VALIDATED FINITE ELEMENT MODEL OF A RIGID TRUCK SUITABLE TO SIMULATE COLLISIONS AGAINST ROAD SAFETY BARRIERS )מודלים קיימים של התנגשות (המשך NCAC. 1996. Finite Element Model of Dodge Neon Atahan, O.A. 2006. FiniteElement Crash Test Simulation of New York Portable Concrete Barrier with I-Shaped Connector מטרות המחקר מטרת המחקר היא לפתח כלי סימולציה לחיזוי והפחתת היפגעות בתאונות מטרות המשנה: פיתוח יכולת לביצוע סימולציות התנגשות של רכב במעקה בטיחות • המכיל נהג וסביבת נהיגה תוך חקירת השפעת הקריטריונים הישירים על חומרת הפגיעה בנהג ובנוסעים. • פיתוח יכולת לביצוע סימולציית התנגשות רכב בהולך רגל תוך חקירת חומרת הפגיעה בהולך הרגל. • פיתוח יכולת לביצוע סימולציות התנגשות צד ברכב המכיל נהג וסביבת נהיגה תוך חקירת השפעת הקריטריונים הישירים על חומרת הפגיעה בנהג. • פיתוח שיטה לא הורסת לאיתור ליקויים במעקה הבטיחות באמצעות הכלי הסימולטיבי. שיטות ואמצעים • מודל מעקה – ESP 2.0עמוד גזיר .Σ • מודל רכב (בנייה עצמית) )(NCAC – National Crash Analysis Center, LSTC models oסוזוקי סוויפט ( - )Geo Metroמכונית נוסעים במשקל 820ק"ג. oדודג' ניאון -מכונית נוסעים במשקל 1300ק"ג. oמודל עגלת התנגשות צד הנמצאת בשימוש במבחני .IIHS oמודל עגלת התנגשות צד למבחן .ECE R95 :EuroNCAP • בובות אדם o o o o )(LSTC Dummy models בובת אדם להתנגשות חזיתיתHybrid III 50th precentile : בובת הולך רגלHybrid III 50th precentile pedestrian : בובת אדם להתנגשות צד למבחן EuroSID-2 :EuroNCAP בובת אדם להתנגשות צד למבחן SID-IIs :IIHS • קוד אלמנטים סופיים מסחרי .LS-DYNA תיאור מודל מעקה -עמוד גזיר Σ 2000mm 1900mm 445mm 1200mm קרקע מודל דרוקר – פרגר C=10kPa Φ=43° תיאור מודל מעקה -עמוד גזיר Σפרופיל W עמוד פלדה בחתך Σ פרופיל פס W σy 235MPa מודל חומר :פלסטי ליניארי למקוטעין. σy 235MPa מודל חומר :פלסטי ליניארי למקוטעין. בורג ואום הידוק M16 מודל חומר:גוף קשיח בורג ואום מרכזי M10גזיר מודל חומר:גוף קשיח חיבור באמצעות קפיץ מתאם תומך σy 235MPa מודל חומר :פלסטי ליניארי למקוטעין. תיאור מודל מעקה -עמוד גזיר Σפרופיל Ω עמוד פלדה בחתך Σ פרופיל פס Ω σy 235MPa מודל חומר :פלסטי ליניארי למקוטעין. σy 235MPa מודל חומר :פלסטי ליניארי למקוטעין. בורג ואום הידוק M16 מודל חומר:גוף קשיח בורג ואום מרכזי M10גזיר מודל חומר:גוף קשיח חיבור באמצעות קפיץ מתאם תומך בזוית σy 235MPa מודל חומר :פלסטי ליניארי למקוטעין. מודל כלי רכב מכונית נוסעים סוג רכב דודג' נאון סוג רכב סוזוקי סוויפט מספר אלמנטים 270,768 מספר אלמנטים 16,100 משקל [ק"ג] 1317 משקל [ק"ג] 818 גובה מרכז כובד [מ"מ] 507 גובה מרכז כובד [מ"מ] 518 מודל כלי רכב עגלות התנגשות צד סוג רכב IIHS סוג רכב מספר אלמנטים 133,047 מספר אלמנטים 490,829 משקל [ק"ג] 1537 משקל [ק"ג] 960 גובה מרכז כובד [מ"מ] 548 גובה מרכז כובד [מ"מ] 481 (EuroNCAP) ECE R95 מודל בובות אדם א ב ג ד א .בובת אדם להתנגשות חזיתית וסביבת נהיגהHybrid III 50th precentile : ב .בובת אדם להתנגשות צד למבחן EuroSID-2 :EuroNCAP ג .בובת אדם להתנגשות צד למבחן SID-IIs :IIHS ד .בובת הולך רגלHybrid III 50th precentile pedestrian : חישוב קריטריוני הפציעה בגוף במבחני התנגשות מתבצעת הערכה לגבי חומרת הנזק שנגרמה במספר איברים בגוף .שני קריטריונים מתוארים כאן להדגמה: קריטריון HICהמייצג פגיעה בראש.-קריטריון Nijהמייצג פגיעה בצוואר. טבלאות חומרת הפגיעה HIC - שבר בגולגולת רמת אובדן הכרה דרגת AIS HIC ללא שבר שבר קל שבר שבר פתוח שטף דם חמור מוות כאב ראש או סחרחורת איבוד הכרה במשך פחות משעה איבוד הכרה במשך 1 - 6שעות איבוד הכרה במשך 6 - 24שעות איבוד הכרה ליותר מ 25 -שעות מוות 1 2 3 4 5 6 135 – 519 520 – 899 900 – 1254 1255 – 1574 1575 – 1859 > 1860 נזק מחי דרגת AIS HIC ללא זעזוע מח זעזוע מח קל במשך פחות משעה 1 2 < 150 150 – 500 זעזוע מח קשה במשך 1 - 24שעות קומה מסכנת חיים :מעל 24שעות 3/4 5 500 – 1800 >1800 ERRAC - The European Rail Research Advisory Council תיאור התוצאות התנגשות דודג' ניאון עם מודל נהג וסביבת נהיגה במעקה בטיחות במהירות ) 110 (km/hובזוית .20º איבר נבדק פרמטר ראש צוואר HIC Nij מתיחה )(kN לחיצה )(kN שקיעה )(mm )m/s( VC חזה חריגה מתקן: ערך מקסימאלי 6 0.17 0.1 0.5 10.5 0.015 סף חריגה 840 1.2 4.0 4.8 75 1.2 אין חריגה עמידה בדרישת תקן טוב טוב טוב טוב טוב טוב • הפציעות מהתנגשות במעקה בטיחות תקין קלות. תיאור התוצאות התנגשות סוזוקי סויפט במודל הולך רגל במהירות ).40 (km/h • • • • • התקבלה התאמה טובה לתוצאות הניסוי. חיזוי הפציעה בצוואר פחות טוב. עלייה ב 10 km/h -במהירות הרכב גורמת לפציעת ראש חמורה. שינוי גובה נקודת הפגיעה בהולך הרגל משפיע על חומרת הפציעה ואזור הפציעה. הפגיעה בירך מציגה תוצאות חיוביות אך הפגיעה בפלג הגוף התחתון במקרה זה קשה. תרחיש: עמידה במבחן :פציעה פציעה פציעה נזק צפוי כתוצאה מפגיעת ראש בראש בצוואר בחזה מודל התנגשות רכב בברך של הולך רגל במהירות 40קמ"ש ניסוי התנגשות רכב בברך של הולך רגל במהירות 40קמ"ש מודל התנגשות רכב בברך של הולך רגל במהירות 50קמ"ש מודל התנגשות רכב בירך של הולך רגל במהירות 50קמ"ש מודל התנגשות רכב בשוק של הולך רגל במהירות 50קמ"ש זעזוע מח בינוני ,איבוד הכרה 1עד 6 שעות וסיכוי לשבר בגלגלת חורג קביל טוב חורג חורג - חורג חורג טוב טוב טוב טוב כאב ראש או סחרחורת. חורג קביל טוב זעזוע מח קשה ,איבוד הכרה 6עד 24 שעות ושבר פתוח בגלגלת זעזוע מח בינוני ,איבוד הכרה 1עד 6 שעות וסיכוי לשבר בגלגלת זעזוע מח קשה ,איבוד הכרה 6עד 24 שעות ושבר פתוח בגלגלת תיאור התוצאות התנגשות עגלת התנגשות ברכב דודג' ניאון עם בובת התנגשות צד במהירות ).50 (km/h • • התקבלה התאמה טובה לתוצאות הניסוי. מבחן ה IIHS -מחמיר לעומת מבחן .EuroNCAP עמידה במבחן :פציעה תרחיש: מודל התנגשות צד לפי מבחן EuroNCAP מודל התנגשות צד לפי מבחן IIHS ניסוי התנגשות צד לפי מבחן IIHS פציעה בחזה בראש/צואר פציעה באגן/רגל עומד בתקן מחמיר עומד בתקן עומד בתקן חורג חורג חורג חורג חורג חורג תיאור התוצאות התנגשות דודג' ניאון במעקה בטיחות גבוה ב 20 -ס"מ במהירות ) 110 (km/hובזוית .20º • חזית הרכב חדרה מתחת לפס מעקה הבטיחות. • פס המעקה פגע במסגרת השמשה הקדמית וכופפה אותה לעומק תא הנוסע הקדמי. • פגיעה מסוג זה ברכב צפויה לגרום לפציעה חמורה של הנוסע הקדמי. • הרכב חדר את מעקה הבטיחות ונחשף לפגיעה נוספת מעצמים בצדי הדרך. • מעקה בטיחות המותקן באופן זה מהווה סכנה גדולה לנוסעי הרכב. תיאור התוצאות אנליזה מודלית של מעקה בטיחות תקין ולקוי ללא זוג עמודי תמיכה. מעקה בטיחות לקוי ללא זוג עמודי תמיכה: מעקה בטיחות תקין סטנדרטי: תיאור התוצאות אנליזה מודלית של מעקה בטיחות תקין ולקוי בגובה 20ס"מ מעל לגובה תקין. מעקה בטיחות לקוי בגובה 20ס"מ מעל לגובה תקין: מעקה בטיחות תקין סטנדרטי: תיאור התוצאות תגובת הגבר התאוצה של מעקות הבטיחות בנקודת העירור. • • התגלו רוב הליקויים במעקה הבטיחות. תוספת שני העמודים לא התגלתה. הגבר תאוצה מקסימאלי מקומי בתדר נמוך בנקודת העירור: הגבר התאוצה בנקודת העירור: תרחיש תדר )(Hz הגבר תאוצה )(g/N תקין בגובה +3ס"מ 45.2 0.126 תקין בגובה סטנדרטי 45.2 0.0763 תקין בגובה -3ס"מ 45.2 0.0593 ללא שני עמודים 46.0 0.08 שני עמודים חלודים 46.3 0.078 נמוך ב 20-ס"מ 45.9 0.0209 גבוה ב 20-ס"מ 36.8 0.0953 תוספת שני עמודים 45.3 0.086 תיאור התוצאות תגובת הגבר התאוצה של מעקות הבטיחות בנקודת דגימה .A • • • • התגלו חלק מהליקויים במעקה הבטיחות. תוספת שני העמודים התגלתה (הגבר נמוך מאוד). לא התגלו שני העמודים החסרים. לא התגלו שני העמודים החלודים. הגבר תאוצה מקסימאלי גלובאלי בנקודת דגימה :A תרחיש תדר )(Hz הגבר תאוצה )(g/N תקין בגובה +3ס"מ 46.7 0.0023 תקין בגובה סטנדרטי 45.9 0.00923 תקין בגובה -3ס"מ 46.4 0.0138 ללא שני עמודים 45.9 0.00893 שני עמודים חלודים 45.7 0.00803 נמוך ב 20 -ס"מ 48.7 0.0121 גבוה ב 20 -ס"מ 44.3 0.0172 תוספת שני עמודים 48.3 0.000117 הגבר התאוצה בנקודת דגימה :A תיאור התוצאות תגובת הגבר התאוצה של מעקות הבטיחות בנקודת דגימה .B • • • התגלו חלק מהליקויים במעקה הבטיחות. לא התגלו שני העמודים החלודים. לא התגלתה תוספת שני העמודים. הגבר תאוצה מקסימאלי גלובאלי בנקודת דגימה :B תרחיש תדר )(Hz הגבר תאוצה )(g/N תקין בגובה +3ס"מ 46.7 0.00235 תקין בגובה סטנדרטי 46.1 0.00883 תקין בגובה -3ס"מ 46.7 0.0125 ללא שני עמודים 48.7 0.0165 שני עמודים חלודים 46.2 0.0108 נמוך ב 20-ס"מ 45.7 0.0202 גבוה ב 20-ס"מ 43.2 0.0186 תוספת שני עמודים 45.7 0.0099 הגבר התאוצה בנקודת דגימה :B תיאור התוצאות תגובת הגבר התאוצה של מעקות הבטיחות בנקודת הליקוי. • • • התגלו כל הליקויים במעקה הבטיחות בצורה מובהקת. ניתן להבחין בברור בין סוגי הליקויים השונים. חיסרון – דורש בדיקה כל שני מטרים. הגבר תאוצה מקסימאלי מקומי בתדר נמוך בנקודת הליקוי: הגבר התאוצה בנקודת הליקוי: תרחיש תדר )(Hz הגבר תאוצה )(g/N תקין בגובה +3ס"מ 45.2 0.126 תקין בגובה סטנדרטי 45.2 0.0763 תקין בגובה -3ס"מ 45.2 0.0593 ללא שני עמודים 10.1 0.146 שני עמודים חלודים 42.6 0.165 נמוך ב 20-ס"מ 45.9 0.0209 גבוה ב 20-ס"מ 36.8 0.0953 תוספת שני עמודים 45.5 0.00038 סיכום ומסקנות • פותחה יכולת לבצע סימולציות התנגשות של מודלי רכב המכילים נהג וסביבת נהיגה תוך חקירת השפעת הקריטריונים הישירים על חומרת הפגיעה בנהג ובנוסעים. • פותחה יכולת לבצע סימולציית התנגשות רכב בהולך רגל תוך חקירת חומרת הפציעה של הולך הרגל והנזק שנגרם לרכב. • פותחה יכולת לבצע סימולציית התנגשות צד ברכב תוך חקירת חומרת הפציעה בנהג הרכב ובנזקים הנגרמים לרכב עצמו. • פותחה יכולת סימולטיבית למציאת מודי התנודה האופייניים של מעקה בטיחות. • פותחה שיטה לא הורסת באמצעות אנליזת תגובת התדר להבחנה בין מעקה בטיחות תקין ללקוי וזיהוי גורם הליקוי. המשך המחקר • כיול ראשוני של השיטה על מעקה בטיחות בשטח. • המשך פיתוח השיטה בניסויים וסימולציות. • בחינת מעטפת ביצועי השיטה. • מעבר להקפאת תצורה של גרסה תפעולית. תודה על ההקשבה סוף