Streszczenie

mgr inż. Artur Muszyński
Modelowanie i badania fotelika bezpieczeństwa w aspekcie zmniejszenia
obciążeń dynamicznych działających na ciało dziecka podczas wypadku
drogowego
Streszczenie
Konstrukcje obecnie produkowanych urządzeń przytrzymujących dla dzieci
przewożonych w pojazdach o napędzie silnikowym (w tym fotelików bezpieczeństwa dla dzieci)
w stosunkowo niewielkim stopniu ograniczają możliwość przemieszczania się głowy dziecka w
warunkach zderzenia czołowego i w stosunkowo niewielkim zakresie eliminują zagrożenia
występujące w czasie uderzenia bocznego. Wynika to z faktu, że wymagania homologacyjne
(wymagania, które musi spełniać urządzenie aby mogło być stosowane w pojazdach i
sprzedawane na rynku) dla urządzeń przytrzymujących dzieci do połowy roku 2013
zdefiniowane były wyłącznie na podstawie Regulaminu 44 EKG ONZ, który nie uwzględnia
testu zderzenia bocznego.
Postęp w technice komputerowej zapewnił możliwość rozwoju efektywnych
i wiarygodnych numerycznych narzędzi obliczeniowych, które mogą być wykorzystywane
w procesie projektowania urządzeń przytrzymujących dla dzieci. Niemniej jednak złożony
charakter procesu zderzenia pojazdu oraz konieczność uwzględnienia wpływu elementów
konstrukcyjnych fotelika bezpieczeństwa oddziałujących na ciało dziecka powodują,
że odwzorowanie pełnego procesu wymaga bardzo złożonego modelu numerycznego.
Dodatkowym utrudnieniem są liczne problemy związane z niestabilnością układu interakcji
antropomorficznego manekina dziecka ze zintegrowanymi pasami bezpieczeństwa. Z tego
względu tylko nieliczne ośrodki naukowe na świecie wykorzystują Metodę Elementów
Skończonych (MES) w aspekcie optymalizacji konstrukcji fotelików bezpieczeństwa. Z uwagi
na powyższe, Autor zdecydował się na opracowanie metody numeryczno-eksperymentalnej
pozwalającej na badanie fotelika bezpieczeństwa w aspekcie możliwości zmniejszenia obciążeń
dynamicznych działających na ciało dziecka podczas wypadku drogowego.
W pracy zawarto krótki opis dwóch obecnie obowiązujących regulaminów
homologacyjnych, na podstawie których uprawniona jednostka techniczna przeprowadza
badania dostarczonych przez producenta urządzeń przytrzymujących dla dzieci. Omówione
zostały podstawowe różnice w budowie ciała dziecka i osoby dorosłej. Opisano najważniejsze
kryteria oceny fotelików bezpieczeństwa w aspekcie zapewnienia wymaganego poziomu
bezpieczeństwa dziecka, uwzględniające wartości obciążeń dynamicznych zarejestrowanych w
czasie testów eksperymentalnych dla manekina dziecka.
W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych poszczególnych elementów
fotelika bezpieczeństwa wykonanych ze stali i polipropylenu oraz zintegrowanych pasów
bezpieczeństwa fotelika. Przedstawione zostały modele numeryczne tych elementów, następnie
omówiono proces ich weryfikacji i walidacji pozwalający na stwierdzenie poprawności
działania wszystkich algorytmów istotnych w odwzorowaniu zachowania się fotelika
bezpieczeństwa podczas wypadku.
W dalszej części pracy omówiono założenia metody MES w aspekcie wybranego fotelika
bezpieczeństwa. Przedstawiono modele konstytutywne, które odwzorowano w modelu
numerycznym. Opisano model dyskretny fotelika bezpieczeństwa z uwzględnieniem zagadnienia
kontaktu. Następnie porównano rezultaty symulacji numerycznych z wynikami eksperymentów.
W ostatnim rozdziale pracy przedstawiono wyniki badań modelu MES układu manekin
dziecka - fotelik bezpieczeństwa w aspekcie wpływu wprowadzonych zmian konstrukcyjnych na
bezpieczeństwo dziecka w czasie wypadku drogowego. Dla rozpatrywanego przypadku
zderzenia czołowego wprowadzone modyfikacje dotyczyły zmiany naciągu wstępnego
zintegrowanych pasów bezpieczeństwa oraz zmiany parametrów materiałowych elementów
wykonanych z polipropylenu. Dla zderzenia bocznego wprowadzono zmiany w geometrii oraz
parametrach materiału zagłówka.
Przeprowadzona analiza pokazuje, że poprawne stosowanie metody MES pozwala na
uzyskanie wyników symulacji numerycznych układu manekin dziecka - fotelik bezpieczeństwa
zgodnych z wynikami pomiarów stanowiskowych. Wyniki analizy pokazują, że poprzez
modyfikację konstrukcji fotelika bezpieczeństwa można zmniejszyć wartości obciążeń
dynamicznych oddziaływujących na ciało dziecka przewożonego w pojeździe podczas wypadku.