Zona de deformación
Crumple zones, crush zones o crash zones son una característica de seguridad estructural utilizada en vehículos, principalmente en automóviles, para aumentar el tiempo sobre el cual se produce un cambio de velocidad (y, en consecuencia, de momento) a partir del impacto durante una colisión por una deformación controlada; en los últimos años, también se incorpora a trenes y automotores.
Las zonas de deformación están diseñadas para aumentar el tiempo durante el cual se aplica la fuerza total del cambio de impulso a un ocupante, ya que la fuerza promedio aplicada a los ocupantes está inversamente relacionada con el tiempo durante el cual se aplica. La física involucrada se puede expresar mediante la ecuación:
- FavgΔ Δ t=mΔ Δ v{displaystyle F_{text{avg} Delta t=m Delta vs
Donde F{displaystyle F} es la fuerza, t{displaystyle t} es el momento, m{displaystyle m} es la masa, y v{displaystyle v} es la velocidad del cuerpo. En unidades SI, la fuerza se mide en Newtons, tiempo en segundos, masa en kilogramos, velocidad en metros por segundo, y el impulso resultante se mide en segundos nuevos (N⋅s).
Normalmente, las zonas deformables se ubican en la parte delantera del vehículo para absorber el impacto de una colisión frontal, pero también se pueden encontrar en otras partes del vehículo. Según un estudio del Centro Británico de Investigación de Reparación de Seguros de Automóviles sobre el lugar en el que se produce el daño por impacto del vehículo, el 65 % fueron impactos frontales, el 25 % impactos traseros, el 5 % en el lado izquierdo y el 5 % en el lado derecho. Algunos autos de carrera usan aluminio, nido de abeja compuesto/fibra de carbono o espuma absorbente de energía para formar un atenuador de impacto que disipa la energía del choque utilizando un volumen mucho más pequeño y un peso menor que las zonas deformables de los autos de carretera. Los atenuadores de impacto también se han introducido en los vehículos de mantenimiento de carreteras en algunos países.
El 10 de septiembre de 2009, los programas Good Morning America y World News de ABC News mostraron una prueba de choque del Instituto de Seguros para la Seguridad en las Carreteras de EE. UU. de un Chevrolet Malibu 2009 en un colisión frontal compensada con un sedán Chevrolet Bel Air de 1959. Demostró dramáticamente la efectividad del diseño de seguridad de los automóviles modernos sobre el diseño de la década de 1950, particularmente de las celdas rígidas de seguridad para pasajeros y las zonas deformables.
Historia del desarrollo temprano
El concepto de zona de deformación fue inventado y patentado originalmente por el ingeniero húngaro de Mercedes-Benz Béla Barényi en 1937 antes de trabajar para Mercedes-Benz y en una forma más desarrollada en 1952. El Mercedes-Benz "Ponton" de 1953 34; fue una implementación parcial de sus ideas, al tener una plataforma fuerte y profunda para formar una celda de seguridad parcial, patentada en 1941.
La patente de Mercedes-Benz número 854157, otorgada en 1952, describe la característica decisiva de la seguridad pasiva. Barényi cuestionó la opinión que había prevalecido hasta entonces de que un coche seguro tenía que ser rígido. Dividió la carrocería del automóvil en tres secciones: el compartimiento de pasajeros rígido que no se deforma y las zonas de deformación en la parte delantera y trasera.
La primera carrocería Mercedes-Benz desarrollada utilizando la patente fue la berlina Mercedes W111 "Tail Fin" de 1959. La celda de seguridad y las zonas de deformación se lograron principalmente mediante el diseño de los largueros: estos estaban rectos en el centro del vehículo y formaban una jaula de seguridad rígida con los paneles de la carrocería, los soportes delanteros y traseros estaban curvados para que se deformaran en el caso de accidente, absorbiendo parte de la energía de la colisión.
Un desarrollo más reciente para estos miembros longitudinales curvos es debilitarlos mediante nervaduras verticales y laterales para formar estructuras telescópicas de "caídas" o "aplastar el tubo" estructuras de deformación.
Función
.jpg)
Las zonas de deformación funcionan gestionando la energía del choque y aumentando el tiempo durante el cual se produce la desaceleración de los ocupantes del vehículo, al mismo tiempo que evitan la intrusión o la deformación de la cabina de pasajeros. Esto protege mejor a los ocupantes del automóvil contra lesiones. Esto se logra mediante el debilitamiento controlado de las partes exteriores sacrificables del automóvil, mientras se fortalece y aumenta la rigidez de la parte interna de la carrocería del automóvil, convirtiendo la cabina de pasajeros en una "celda de seguridad", mediante el uso de más vigas de refuerzo y aceros de mayor resistencia. Energía de impacto que llega a la "celda de seguridad" se extiende sobre un área lo más amplia posible para reducir su deformación. Volvo introdujo la zona de deformación lateral con la introducción del SIPS (Sistema de protección contra impactos laterales) a principios de la década de 1990.
Cuando un vehículo y todo su contenido, incluidos los pasajeros y el equipaje, viajan a gran velocidad, tienen inercia/momento, lo que significa que seguirán adelante con esa dirección y velocidad (primera ley de movimiento de Newton). En el caso de una desaceleración repentina de un vehículo con armazón rígido debido a un impacto, el contenido del vehículo sin sujeción continuará hacia adelante a su velocidad anterior debido a la inercia e impactará el interior del vehículo con una fuerza equivalente a muchas veces su peso normal debido a la gravedad. El propósito de las zonas de deformación es reducir la velocidad de la colisión para aumentar el tiempo durante el cual los ocupantes desaceleran para disminuir la fuerza máxima impartida sobre los ocupantes durante un tiempo determinado.
Los cinturones de seguridad restringen a los pasajeros para que no atraviesen el parabrisas y estén en la posición correcta para la bolsa de aire y también aumentan el tiempo durante el cual los ocupantes desaceleran. Los cinturones de seguridad también absorben la energía de inercia de los pasajeros al estar diseñados para estirarse durante un impacto, nuevamente para aumentar el tiempo durante el cual un ocupante desacelera. En resumen: un pasajero cuyo cuerpo se desacelera más lentamente debido a la zona de deformación (y otros dispositivos) durante un tiempo más largo sobrevive con mucha más frecuencia que un pasajero cuyo cuerpo impacta indirectamente contra una carrocería de metal dura y sin daños que se ha detenido casi instantáneamente Es como si la diferencia entre golpear a alguien contra una pared de cabeza (fracturarle el cráneo) y de hombro (lesionarle levemente la carne) es que el brazo, al ser más blando, tiene decenas de veces más para reducir su velocidad, cediendo un poco a la vez. tiempo, que el cráneo duro, que no está en contacto con la pared hasta que tiene que lidiar con presiones extremadamente altas. El estiramiento de los cinturones de seguridad mientras sujetan a los ocupantes durante un impacto, significa que es necesario reemplazarlos si se repara un vehículo y se vuelve a poner en la carretera después de una colisión. También deben reemplazarse si su estado se ha deteriorado, p. por desgaste o fallas mecánicas o de montaje de la correa. En Nueva Zelanda, es oficialmente obligatorio reemplazar los cinturones de seguridad desgastados de tipo carrete de inercia solo con cinturones de seguridad de "cincha de agarre" tipo cinturones que tienen menos juego y son más efectivos en autos más viejos. Los automóviles más nuevos tienen cinturones de seguridad pretensados activados electrónicamente que están programados para funcionar con el disparo de la bolsa de aire. Comprar cinturones de seguridad usados no es una buena idea, incluso en países donde es legal hacerlo, porque es posible que ya se hayan estirado en un evento de impacto y que no protejan a sus nuevos usuarios como deberían.
El impacto final después de que el cuerpo de un pasajero golpea el interior del automóvil, la bolsa de aire o los cinturones de seguridad es cuando los órganos internos golpean la caja torácica o el cráneo debido a su inercia. La fuerza de este impacto es la forma en que muchos choques automovilísticos causan lesiones incapacitantes o potencialmente mortales. Otras formas son el daño óseo y la pérdida de sangre, debido a los vasos sanguíneos desgarrados, o el daño causado por una fractura de hueso cortante en órganos y/o vasos sanguíneos. La secuencia de tecnologías de reducción de velocidad (zona deformable, cinturón de seguridad, bolsas de aire, interior acolchado/deformable) está diseñada para trabajar en conjunto como un sistema para reducir la fuerza máxima del impacto en el exterior del pasajero. s cuerpo alargando el tiempo durante el cual se imparte esta fuerza. En una colisión, reducir la desaceleración del cuerpo humano incluso en unas pocas décimas de segundo reduce drásticamente la fuerza máxima impartida.
Un concepto erróneo sobre las zonas deformables que a veces se expresa es que reducen la seguridad de los ocupantes del vehículo al permitir que la carrocería colapse, por lo que corren el riesgo de aplastar a los ocupantes. De hecho, las zonas deformables suelen estar situadas delante y detrás de la carrocería principal del coche (que forma una "celda de seguridad" rígida), y se compactan en el espacio del compartimento del motor o del maletero. Los vehículos modernos que utilizan lo que comúnmente se denomina "zonas deformables" brindan una protección muy superior para sus ocupantes en pruebas severas contra otros vehículos con zonas de deformación y objetos estáticos sólidos que los modelos más antiguos o los SUV que usan un bastidor de chasis separado y no tienen zonas de deformación.
Tienden a salir peor cuando están involucrados en accidentes con SUV sin zonas de deformación porque la mayor parte de la energía del impacto es absorbida por el vehículo con la zona de deformación; sin embargo, incluso para los ocupantes de los "peor apagado" coche, esto seguirá siendo a menudo una mejora, ya que el resultado de la colisión de dos vehículos sin zonas de deformación suele ser más peligroso para ambos vehículos' ocupantes que una colisión que está al menos parcialmente amortiguada.
Otro problema es la "incompatibilidad de impacto" donde los "puntos duros" de los extremos de los rieles del chasis de los SUV son más altos que los "puntos duros" de automóviles, lo que hace que el SUV "anule" el compartimento del motor del coche. Para abordar este problema, los SUV/todoterreno más recientes incorporan estructuras debajo del parachoques delantero diseñadas para acoplarse a las zonas deformables de los automóviles de menor altura. Aquí se muestran los travesaños de seguridad delanteros de bajo nivel del Volvo XC70. Comunicado de prensa de Volvo sobre esta función: "Trasaño inferior que ayuda a proteger los automóviles más bajos: el bastidor auxiliar de la suspensión delantera en el nuevo Volvo XC60 se complementa con un travesaño inferior ubicado a la altura de la viga en un automóvil convencional. El travesaño inferior golpea la estructura de protección del automóvil que se aproxima, activando su zona de deformación según lo previsto para que los ocupantes puedan recibir el máximo nivel de protección."
Absorción de impactos a baja velocidad
La parte delantera del parachoques está diseñada para soportar colisiones a baja velocidad, p. como en los topes de estacionamiento para evitar daños permanentes al vehículo. Esto se logra mediante elementos elásticos, como el faldón delantero. En algunos vehículos, el parachoques se rellena con espuma o sustancias elásticas similares. Este aspecto del diseño ha recibido más atención en los últimos años, ya que la evaluación de choques de NCAP ha agregado impactos de peatones a su régimen de prueba. La reducción de estructuras rígidas de soporte en áreas de impacto peatonal también se ha convertido en un objetivo de diseño.
En el caso de colisiones menos graves (hasta aprox. 20 km/h), el diseño del parachoques y del panel exterior debe garantizar que la zona de deformación y la estructura portante del vehículo se dañen lo menos posible y se reparen. puede llevarse a cabo de la forma más económica posible. Para ello, se utilizan los llamados tubos de choque o cajas de choque para el montaje de parachoques. Los Crashtubes consisten en un perfil de acero hueco, que transforma la energía incidente enrollando el perfil.
Simulación de choque modelada por computadora
.png)
A principios de la década de 1980, utilizando tecnología desarrollada para las industrias aeroespacial y nuclear, los fabricantes de automóviles alemanes comenzaron complejos estudios de simulación de choques por computadora, utilizando métodos de elementos finitos que simulan el comportamiento de choque de los componentes individuales de la carrocería del automóvil, los ensamblajes de componentes y los automóviles de un cuarto y medio. en el cuerpo en etapa blanca (BIW). Estos experimentos culminaron en un proyecto conjunto de Forschungsgemeinschaft Automobil-Technik (FAT), un conglomerado de los siete fabricantes de automóviles alemanes (Audi, BMW, Ford, Mercedes-Benz, Opel (GM), Porsche y Volkswagen), que probó el aplicabilidad de dos códigos de simulación de accidentes comerciales emergentes. Estos códigos de simulación recrearon un impacto frontal de la estructura completa de un automóvil de pasajeros (Haug 1986) y se ejecutaron en una computadora durante la noche. Ahora que el tiempo de respuesta entre dos envíos de trabajo consecutivos (ejecuciones de la computadora) no excedía un día, los ingenieros pudieron realizar mejoras eficientes y progresivas del comportamiento de choque de la estructura de la carrocería del automóvil analizada. El impulso para mejorar la resistencia a los choques en Europa se ha acelerado desde la década de 1990 en adelante, con la llegada de Euro NCAP en 1997, con la participación de la experiencia en seguridad de las carreras de Fórmula Uno.
"Trineos" dentro de las celdas de seguridad
El vehículo de seguridad experimental Pininfarina Nido de 2004 localiza las zonas de deformación dentro de la célula de supervivencia. Esas zonas de deformación del interior desaceleran una célula de supervivencia montada en un trineo. Volvo también ha estado desarrollando esta idea para su uso en automóviles pequeños. Su asiento del conductor está montado en lo que es básicamente un 'trineo'. sobre un raíl, con amortiguadores delante. En un impacto, todo el "trineo" del asiento del conductor y del conductor abrochado, se desliza hacia adelante hasta 8 pulgadas y los amortiguadores disipan la energía de impacto máxima del impacto, alargando el tiempo de desaceleración para el conductor. Simultáneamente, el volante y el tablero del lado del conductor se deslizan hacia adelante para dejar espacio para el conductor, ya que son lanzados hacia adelante estirando el cinturón de seguridad. Combinado con una zona de deformación frontal y una bolsa de aire, este sistema podría reducir en gran medida las fuerzas que actúan sobre el conductor en un impacto frontal.
Contenido relacionado
Pana
Seda almeriense
Franela vegetal