Манекен для краш-теста

<час />

Фон

Подобно модному манекену, манекен выглядит как человек, но его внешняя красота состоит из высокотехнологичных инструментов и ультрасовременного телосложения. И, как и версия чревовещателя, манекен для краш-теста не может говорить, кроме как в очень эффективной серии телевизионных рекламных роликов о безопасности ремня безопасности.

Агентства по безопасности дорожного движения во всем мире полагаются на испытание на ударопрочность, в ходе которого автомобиль врезается в кирпичную стену, чтобы увидеть повреждения и получить данные о характеристиках автомобиля. В испытательном автомобиле используются манекены для краш-тестов (правильное название - «антропоморфные испытательные устройства»), которые созданы, чтобы напоминать человеческие тела и реагировать на них, а также оснащенные сложными приборами. Приборы записывают информацию об ускорении, скорости, замедлении при ударе, силе удара, а также различных движениях и деформациях туловища и конечностей каждого манекена. Эти данные изучаются инженерами по безопасности и связаны с поведением людей, находящихся на борту, и их потенциальными травмами.

Несмотря на всеобщее признание, метод краш-теста имеет серьезные недостатки. Автомобиль (или другое транспортное средство) частично или полностью поврежден, в зависимости от цели испытания. Манекены можно модернизировать и использовать повторно много раз, но их способность реагировать на все сложности человеческого тела постоянно совершенствуется.

История

До конца 1940-х годов автомобили испытывали на трупах. На реальных телах можно было наблюдать травмы, но трупы не реагировали, как дышащие, гибкие существа. Манекены для краш-тестов были разработаны в 1949 году по контракту с ВВС США для испытаний авиационных катапультных кресел, которые устанавливались на салазках с реактивными двигателями на рельсах. «Сьерра Сэм» была первым манекеном. Позже автомобильная промышленность использовала манекены того же типа для разработки поясных и плечевых ремней безопасности. Сьерра Сэм напоминала среднего взрослого мужчины со статистически правильным весом и сочлененными конечностями; однако позвоночник и шея Сэма были жесткими. Можно было измерить ускорение его головы, когда она следовала по пути изгнания, но этого было далеко не достаточно для оценки возможных травм головы.

К 1952 году Mark 1 был изготовлен из гипсовой модели живого человека, и этот манекен ознаменовал собой огромное улучшение состояния дел. В его черепе размещались датчики для измерения ускорения и силы удара, и он был отлит из двух кусков алюминия. Позвоночник Марка l состоял из серии шарнирных соединений с прокладками, чтобы имитировать диапазон движений настоящего позвоночника. У манекена также были ребра из стальных труб, виниловая кожа и поролоновая плоть, но жесткие конечности. Другие манекены, разработанные до 1956 года, были модифицированы и оснащены приборами для измерения выбранного диапазона движений. Манекены размеров и веса, отличные от среднего, были изготовлены впервые, и эти манекены после Mark 1 использовались для проверки безопасности тракторов, костюмов водолазов для подводных побегов, а также аспектов полета и безопасности космических исследований для Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. (НАСА).

Космические программы послужили стимулом для следующих достижений в конструкции манекенов. Для оценки воздействия ракетной тяги на космонавтов, привязанных к сиденьям космических капсул, американские и европейские космические программы профинансировали изобретение манекена Груммана-Алдерсона (GARD). Сидящий космонавт должен был быть точно выровнен по направлению тяги ракеты, иначе и человек, и сиденье будут скручиваться не на своем месте. GARD стал важным технологическим шагом, поскольку в этом прочном манекене были хорошо реализованы процессы определения центра тяжести и оценки момента инерции (тенденции к вращению с ускорением). GARD до сих пор используется для испытаний катапультных кресел, потому что сиденья ограничивают диапазон движения в этом манекене, что делает их достаточно простыми для инженеров, позволяющих измерять вращение, историю ускорений и напряжения между человеком и сиденьем.

До 1966 года авиационная промышленность, военная авиация и космическая программа руководили разработкой испытательных манекенов. Автомобильная промышленность стала движущей силой в разработке манекенов для краш-тестов в том же году, поскольку автомобильные аварии подчеркнули необходимость улучшения грудной клетки манекена, позвоночника, таза и брюшной полости для оценки удерживающих систем. Математические модели и эксперименты с отдельными диапазонами тела показали, что движения можно моделировать с помощью пружинных соединений. Пружины смещаются при ударе и отскакивают, поэтому можно изучить такие эффекты, как хлыстовая травма. При испытаниях поясных ремней безопасности основное внимание уделялось травмам таза, но при разработке плечевых ремней у манекена была грудина (грудина), ключицы и лопатки. Манекен был снабжен инструментальным висцеральным мешком, имитирующим движения внутренних органов. Приборы также были установлены в полостях бедер, груди и головы, чтобы можно было изучить более сложные движения и силовые отклонения.

К 1970 году стало очевидно, что мужской манекен размером со взрослого не точно отражает меньшие пропорции детей и женщин. Фактически, некоторые травмы меньшего телосложения были вызваны ремнями и привязными ремнями, безопасными для среднего манекена. Более крупная мужская модель и первый женский манекен были произведены в 1970 году и получили названия Sierra Stan и Sierra Susie. В том же году они пополнили свою семью Сьеррой Сэмми (шестилетний ребенок) и Сьерра Тоддлер (трехлетний ребенок). Ни один из детей не правильно распределял вес, но, по крайней мере, они были представлены и изучены впервые.

Проблема оценки детского травматизма осложнялась тем фактом, что многие дети получают травмы в автомобильных авариях из-за того, что во время этих аварий они стоят или не сидят обычным образом. Следовательно, диапазон движений и потенциальных воздействий гораздо более разнообразен для необузданных детей. Модернизация детских манекенов последовала незамедлительно, и модификации детских манекенов продолжали оставаться наиболее активно изучаемой областью разработки краш-тестов с 1970-х по 1990-е годы. В 1970-х годах улучшенные данные дали детям более гибкий скелет и более гибкие суставы конечностей, чем взрослые, сделали их адаптируемыми к различным положениям в машине и улучшили инструменты, чтобы можно было измерять или интерпретировать более широкий диапазон переменных. Разработка и тестирование детских кресел, бустеров и подушек безопасности потребовали особого внимания к манекенам для младенцев, малышей и подростков.

К середине 1970-х усовершенствования в компьютерном анализе также произвели революцию в краш-тестах. Компьютерные методы позволили измерить почти сорок различных параметров поведения тестовых манекенов. Строительные материалы были также улучшены, чтобы сделать реалистичные манекены с полностью шарнирно-сочлененной рамой. Чтобы воспроизвести поведение человеческих костей, кости манекена были изготовлены из стекловолокна с большей прочностью на разрыв, поэтому манекен можно было использовать снова. Эти многочисленные адаптации привели к появлению все более и более специализированных манекенов, поэтому такие модели, как Supermorphic Dummy, были созданы исключительно для краш-тестов автомобилей - они были слишком хрупкими для испытаний на выброс.

Специализация на манекенах для испытаний самолетов включала антропоморфный манекен Limb Restraint Evaluator (LRE), который был создан специально для тестирования удерживающих устройств для предотвращения травм из-за ударов при катапультировании во время катапультирования из военных самолетов. Другие специализированные манекены испытывали экспериментальные парашюты, крушения вертолетов и гоночные автомобили. Например, тесты аварий с участием гоночных автомобилей (типа гонок на 500 миль в Индианаполисе или на трассе Championship Auto Racing Team [CART]) показали, что тяжелые гоночные шлемы, которые носят водители, действительно защищают их головы от повреждений. , но вес шлема увеличивает риск травм шеи Первые манекены для краш-тестов, изготовленные в 1950-х и 1960-х годах, не учитывали различия между типами телосложения. Эти первые манекены были статистически правильными взрослыми мужчинами и, как таковые, мало что представляли для представления типичных младенцев, детей и женщин. К 1970 году недостатки манекенов стали очевидны, и были изготовлены различные типы кузовов. потому что это заставляет шею удлиняться. Удар автомобиля Indy о бетонную стену снижает скорость автомобиля на 40 миль (64 км) в час за 70 миллисекунд, и водитель ощущает удар, в 60 раз превышающий силу тяжести. Датчик «черного ящика» в манекене оценивает все действующие силы 2000 раз в секунду во время аварии.

Технология тестовых манекенов снова ускорилась с разработкой и испытаниями подушки безопасности. Семейство манекенов было расширено за счет включения еще большего количества типов телосложения. Смертельные случаи в результате срабатывания подушек безопасности чаще всего происходили среди лиц, не входящих в статистические измерения. Эти «маленькие люди, находящиеся вне позиции», или агенты, находящиеся вне позиции, стимулировали дальнейшие эволюционные изменения манекенов. При развертывании подушки безопасности на манекены воздействовали силы, превышающие их проектные возможности. К 1997 году произошло существенное обновление семейства манекенов благодаря испытаниям подушек безопасности и разработке подушек безопасности при боковом ударе.

Сырье

Корпус манекена для краш-тестов изготовлен из металлических частей, состоящих из алюминия, бронзы или стали (в зависимости от конструкции, назначения и деталей корпуса), а также материалов металлического покрытия. В большинство конструкций также включены самые разные пластмассы, в том числе делрин (тип долго изнашивающейся ацетатной смолы), уретан и пенополиуретан, а также винил. Большинство манекенов одеты так, чтобы имитировать реальность, а определенные поставщики поставляют одежду, краску и клеи для маркировки критических целей или точек измерения на манекенах. Фактически, для изготовления многих компонентов манекенов используются не только внешние поставщики, но и федеральные агентства по тестированию, которые утверждают конструкции манекенов, и предписывают конкретных поставщиков, которые должны использоваться для некоторых материалов.

Производители манекенов поставляют мало приборов или вообще не поставляют их. В конструкции предусмотрено место для крепления приборов, но приборы настолько специфичны для реальных условий испытаний, что заказчики изготовителей манекенов устанавливают свои собственные. Некоторые небольшие потенциометры иногда встраиваются в производственные линии, но более сложные инструменты, такие как акселерометры и датчики измерения нагрузки, выбираются заказчиком из собственных пакетов инструментов или у специализированных поставщиков.

Дизайн

Создание манекенов для краш-тестов - сложный и изолированный процесс, ограниченный государственными учреждениями, производителями манекенов и такими клиентами, как производители автомобилей. Изготовители манекенов не несут ответственности за создание собственных дизайнов. Вместо этого они получают пакеты чертежей, наборы строительных спецификаций и спецификации для необходимых испытаний от Национальной администрации безопасности дорожного движения (NTSA). Европейские агентства предоставляют аналогичные комплекты документов производителям манекенов. Основываясь на своем опыте создания манекенов, их ремонта или модернизации, а также наблюдения за их травмами после несчастных случаев, производители манекенов, а также пользователи вносят свой вклад в конструктивные изменения. NTSA основывает свои разработки на множестве данных, включая отчеты об авариях, местоположение в транспортном средстве, изменения телосложения и физического развития, вскрытия и моделирование. Специалисты по биомеханике анализируют все доступные данные и создают спецификации, которые отправляются производителям.

Производственный
процесс

Манекены для краш-тестов производятся исключительно частной собственностью из-за сложности конструкции и небольшого числа квалифицированных производителей в мире. Вся конструкция и конструкция соответствуют чрезвычайно высоким стандартам:манекенов для краш-тестов класса «B» не существует.

1. Когда получен пакет чертежей и спецификаций для нового манекена для краш-тестов, производитель начинает с определения, какие детали и материалы должны быть приобретены у определенных поставщиков, которые должны быть приобретены у ряда утвержденных поставщиков, а какие должны быть изготовлено на собственном производстве. Например, одежду для манекенов предоставляет конкретный продавец; но в отношении пенопласта, используемого для поддержки винилового покрытия, имена конкретных поставщиков избегаются, и производитель должен соответствовать только определенным эквивалентам.
2. Выкройки и формы для вырезания или отливки металлических деталей изготавливаются по проектным чертежам, а для их изготовления изготавливаются необходимые инструменты. Их отливают, режут, подвергают термообработке до трех раз, покрывают металлическими покрытиями и подвергают механической обработке для обрезки, сглаживания и улучшения готовых изделий. Наконец, металлические детали собираются с помощью крепежа, который также указан.
3. Пластмассы проектируются, обрабатываются и формуются аналогичным образом с помощью литья под давлением или других методов, подходящих для данной детали и материала. Пластмассы также обрабатываются и собираются или подгоняются к металлическим частям.
4. После сборки металлического и пластикового корпуса манекена обшивка надевается на манекен. Некоторые скины состоят из винила, который формован на манекене с пеной, введенной под винил, чтобы придать коже упругость и гибкость, напоминающую настоящую. Другие оболочки состоят из кусочков винила, покрытых слоями поролона. Эти предметы можно снимать и надевать, как одежду. Кожа, покрывающая голову, представляет собой единое целое, закрывающее алюминиевый череп. Цвета также очень важны для манекена. Многие клиенты хотят телесных тонов, но иногда предпочтительнее кожа с красной или желтой окраской, когда манекен будет использоваться в тестировании, которое снимается. Желтые и красные тона облегчают точное измерение движений на пленке.
5. В манекене предусмотрены отверстия для подключения приборов и кабелей. Они находятся в более крупных частях тела, включая череп, грудь, брюшную полость и бедра. Одежда иногда надевается на манекены на заводе или предоставляется заказчику, чтобы манекен можно было одеть после того, как были вставлены приборы.

Контроль качества

Контроль качества жестко регламентируется NTSA (или другими агентствами) еще до рассмотрения вопроса о производстве. Сборщики-пустышки прекрасно понимают, что их «семья» будет принесена в жертву безопасности тысяч людей, поэтому они чувствуют огромную ответственность за проблемы качества. Когда части тела собраны и когда все тело и голова собраны, манекен проходит строгий набор испытаний в калибровочной лаборатории, где проводятся необходимые испытания и измерения, подтверждающие, что изделие соответствует каждой детали. конструкторские чертежи и спецификации. Тесты включают тест на падение головы, удар в грудную клетку (грудь). Манекен для краш-тестов изготовлен из металлических частей, состоящих из алюминия, бронзы или стали, а также из металлических покрытий. . В большинство конструкций также включены самые разные пластмассы, в том числе делрин (разновидность износостойкой ацетатной смолы), уретан и пенополиуретан и винил. Большинство манекенов одеты так, чтобы имитировать реальность, а определенные поставщики поставляют одежду, краску и клеи для маркировки критических целей или точек измерения на манекенах. Фактически, для изготовления многих компонентов манекенов используются не только внешние поставщики, но и федеральные агентства по тестированию, которые утверждают конструкции манекенов, и предписывают конкретных поставщиков, которые должны использоваться для некоторых материалов. тестирование и калибровка черепа, шеи, колен, других основных суставов, а иногда и других частей конечностей в зависимости от использования манекена. В зависимости от типа телосложения, который должен представлять манекен, результаты испытаний могут быть разными. Например, масса головы ребенка значительно меньше, чем у взрослого, поэтому тест на опускание головы будет совершенно другим. Набор сертификатов - своего рода свидетельство о рождении - остается с манекеном на протяжении всего срока его службы, чтобы подтвердить его калибровочные испытания и использовать его при восстановлении, модернизации и калибровке.

Побочные продукты / отходы

Никаких побочных продуктов при изготовлении пустышек нет. Отходы ограничиваются металлом и пластиком, которые можно переработать.

Будущее

Компьютерные технологии сделали манекен для краш-тестов адаптируемым к экстремальным условиям человеческой деятельности за счет усовершенствований конструкции, методов тестирования, миниатюризации инструментов и анализа данных. Однако в конечном итоге компьютер может оказаться фатальным для фиктивной семьи. Компьютерное моделирование становится настолько сложным, что может отображать автомобильные аварии, повреждения самого транспортного средства и травмы пассажиров. Моделирование привлекательно для производителей автомобилей, поскольку исключает некоторые, если не все, разрушающие испытания, стоимость одного испытания которых составляет примерно 750 000 долларов. Пассажиры транспортного средства могут быть обследованы после имитации удара, и, в частности, могут быть проанализированы детали травм головы и позвоночника. Из графика проектирования и производства новой модели автомобиля можно исключить до трех месяцев времени на разработку, а новые конструкции могут быть более безопасными для более широкого круга водителей и пассажиров разного роста.

Производители манекенов, с другой стороны, настаивают на том, чтобы их семьи остались здесь. Дополнительные модификации и сложности, а также технологические приложения сделали манекены для краш-тестов надежными барометрами для определения характеристик автомобиля. Правительственные органы признают это и просят производителей производить манекены и датчики, ориентированные на конкретные травмы. В 1995 году основное внимание было обращено на голени, движения стоп и повреждение ахиллова сухожилия в результате лобовых ударов. Новые датчики сделали ноги Hybrid 350 (сертифицированного в 1997 году) похожими на ноги бионического человека. В 1999 году акцент сместился на удары сзади и на разработку современных позвонков посредством совместных исследований между агентствами, университетами и производителями. Также растет интерес к имитаторам кожи, которые могут образовывать синяки и царапины во время несчастных случаев; Данные, полученные в результате этих разработок, также помогут врачам в улучшении лечения повреждений кожи. Как и его человеческие аналоги, манекен для краш-тестов продолжает развиваться с целью спасения наших жизней и конечностей.