Burkulma Bölgeleri Nasıl Çalışır?

Oto güvenliği son birkaç on yılda çok yol kat etti ve en etkili yeniliklerden biri de burkulma bölgesi . Çarpışma bölgesi olarak da bilinen burkulma bölgeleri, bir çarpışmada deforme olmak ve buruşmak için tasarlanmış bir aracın alanlarıdır. Bu, çarpma enerjisinin bir kısmını emerek yolculara iletilmesini önler.

Elbette, trafik kazalarında insanları güvende tutmak, tüm aracı buruşturmak kadar kolay değil. Mühendisler, daha güvenli otomobiller tasarlarken, araç boyutu ve ağırlığı, çerçeve sertliği ve bir çarpışmada otomobilin maruz kalabileceği gerilimler dahil olmak üzere birçok faktörü göz önünde bulundurmak zorundadır. Örneğin, yarış arabaları sokak arabalarından çok daha şiddetli darbelere maruz kalır ve SUV'lar genellikle küçük arabalardan daha fazla kuvvetle çarpar.

Çarpışma bölgelerinin bir çarpışmaya dahil olan kuvvetleri nasıl yeniden dağıttığını, hangi çöküntü bölgelerinin oluştuğunu ve şu anda test edilmekte olan birkaç diğer gelişmiş güvenlik sistemi hakkında bilgi edineceğiz. Ayrıca, burkulma bölgelerinin yarış arabalarına nasıl dahil edildiğini ve spor bu güvenlik özelliklerini daha erken benimsemiş olsaydı, neden bir dizi yarış ölümünün önlenebileceğini öğreneceğiz. Hatta bir tren çarpışmasının devasa etkisini absorbe etmek için tasarlanmış buruşma bölgelerine de göz atacağız.

Bir çarpışmaya dahil olan kuvvetleri bulmak ve iyi tasarlanmış bir çökme bölgesinin yolcuların yaralanmasını nasıl en aza indirebileceğini öğrenmek için sonraki sayfayı okuyun.

Crumple Zone'da neler var?

Burkulma bölgesi tasarımlarının özellikleri, genellikle otomobil üreticilerinin ifşa etmeye isteksiz olduğu özel bilgilerdir. Aracın boyutuna ve ağırlığına bağlı olarak büyük ölçüde değişebilirler. Tasarımcılar, çok fazla darbe direnci ile çok az darbe direnci arasında bir denge kurmak zorundadır. Basit tasarımlar, belirli alanlarda bükülmek veya kendi üzerine çökmek üzere oluşturulmuş çerçeve parçalarını içerebilir. Daha gelişmiş tasarımlar, mümkün olduğunca fazla kinetik enerjiyi emmek için dikkatle tasarlanmış çeşitli metalleri ve diğer malzemeleri kullanabilir . Yüksek performanslı arabalar genellikle, normal koşullar altında sertlik sunan, ancak bir çarpışmada çöküp çökebilen bir petek tasarımı kullanır.

1. Darbe Kuvveti
2. Tasarım Ödünleri
3. Otomobil Yarışlarında Ölümlerin Önlenmesi

Ne zaman bir araba kaza yapsa, yoğun kinetik kuvvetler iş başındadır. Herhangi bir çarpışma sırasında belirli bir miktarda kuvvet mevcuttur. Gerçek sayılar, arabanın hızına ve kütlesine ve çarptığı her şeyin hızına ve kütlesine göre değişir. Fizikçiler bu kuvveti ivme olarak ölçerler - yüksek bir hızdan daha düşük bir hıza geçerken bile, zaman içinde hızdaki herhangi bir değişiklik bilimsel olarak ivme olarak adlandırılır. Karışıklığı önlemek için, çarpışma hızlanmasını yavaşlama olarak adlandıracağız .

Burkulma bölgeleri iki güvenlik hedefini gerçekleştirir. Çarpmanın ilk gücünü azaltırlar ve gücü araçtakilere ulaşmadan önce yeniden dağıtırlar.

Belirli bir kütle ve hız miktarına sahip bir çarpışmada ilk kuvveti azaltmanın en iyi yolu, yavaşlamayı yavaşlatmaktır. Herhangi bir nedenle frene basmak zorunda kaldıysanız, bu etkiyi kendiniz gördünüz . Acil bir duruşta karşılaştığınız kuvvetler, bir trafik ışığı için yavaş yavaş yavaşladığınızdan çok daha fazladır. Bir çarpışmada, yavaşlamayı saniyenin birkaç onda biri kadar bile yavaşlatmak, ilgili kuvvette ciddi bir azalma yaratabilir. Kuvvet basit bir denklemdir:

Kuvvet = kütle * ivme

Yavaşlamayı yarıya indirmek, kuvveti de yarıya indirir. Bu nedenle, yavaşlama süresinin 0,2 saniyeden 0,8 saniyeye değiştirilmesi, toplam kuvvette yüzde 75'lik bir azalma ile sonuçlanacaktır.

Burkulma bölgeleri, arabanın çevresinde bir tampon bölge oluşturarak bunu başarır. Bir arabanın yolcu bölmesi ve motor gibi belirli parçaları doğası gereği sert ve deforme olmaya karşı dirençlidir . Bu sert parçalar bir şeye çarparsa, çok hızlı bir şekilde yavaşlayacak ve bu da çok fazla kuvvete neden olacaktır. Bu parçaların buruşma bölgeleriyle çevrelenmesi, daha az sert malzemelerin ilk darbeyi almasını sağlar. Araba, buruşma bölgesi buruşmaya başlar başlamaz yavaşlamaya başlar ve yavaşlamayı saniyenin birkaç onda birine kadar uzatır.

Buruşma bölgeleri, çarpma kuvvetinin yeniden dağıtılmasına da yardımcı olur. Tüm güç bir yere gitmeli - amaç, onu işgalcilerden uzaklaştırmak. Bir çarpışmaya dahil olan kuvveti, bir kuvvet bütçesi olarak düşünün. Çarpma sırasında arabaya olan her şey ve çarpma anında arabanın içindeki her kişi kuvvetin bir kısmını harcar. Araba, park halindeki bir araba gibi sabit olmayan bir cisme çarparsa, o cisme bir miktar kuvvet aktarılır. Araba keskin bir darbeyle bir şeye çarparsa ve döner veya yuvarlanırsa, kuvvetin çoğu dönme ve yuvarlanma için harcanır. Arabanın parçaları uçarsa, daha da fazla güç harcanır. En önemlisi, arabanın kendisine verdiği hasar güç harcar. Çerçevenin bükülen kısımları, gövde panellerinin kırılması, cam kırılması-- tüm bu eylemler enerji gerektirir. Bir arabanın çelik çerçevesini bükmek için ne kadar kuvvet gerektiğini düşünün. Bu miktarda güç, çerçeveyi bükmek için harcanır, bu nedenle asla yolculara iletilmez.

Burkulma bölgeleri bu konsepte dayanmaktadır. Arabanın parçaları, içlerinde hasar görecek, buruşacak, ezilecek ve kırılacak şekilde tasarlanmış özel yapılarla inşa edilmiştir. Yapıları kısaca açıklayacağız, ancak temel fikir, onlara zarar vermek için güç gerektiğidir. Çarpışma bölgeleri mümkün olduğu kadar çok güç harcar, böylece arabanın diğer kısımları ve yolcular bu etkilerden etkilenmez.

Öyleyse neden tüm arabayı dev bir çöküntü bölgesi yapmıyorsunuz? Darbeyi emmesi için bir buruşma bölgesi için alana ihtiyacınız varsa, buruşma bölgeleri olan kompakt bir arabayı nasıl yaparsınız? Bir sonraki bölümde açıklayacağız.

­

Crumple Zone'un Mucidi

Béla Barényi, kariyerinin çoğunu Daimler-Benz için çalışarak geçiren bir mühendis ve mucitti. Adı 2.500'den fazla patentte yer almaktadır. 1952'de yayınlanan bu patentlerden biri, bir çarpışmada kinetik enerjiyi deforme etmek ve emmek için ön ve arka kısımlarında bir otomobilin nasıl tasarlanabileceğini açıklıyor. Kavramı 1959'da, buruşma bölgelerini kullanan ilk otomobil olan Mercedes-Benz W111 Fintail'de kullandı [kaynak: Alman Patent ve Ticari Marka Ofisi ].

Etkiyi emme ve yeniden yönlendirme harika, ancak otomobil tasarımcılarının endişelenmesi gereken tek güvenlik sorunu bu değil. Aracın yolcu bölmesi, dışarıdaki nesnelerin veya aracın diğer parçalarının nüfuz etmesine karşı direnç göstermeli ve yolcuların dışarı fırlamaması için bir arada tutulmalıdır. Bütün bir arabayı buruşma bölgesi yapamazsınız çünkü içindeki insanların da buruşmasını istemezsiniz. Bu nedenle otomobiller, önde ve arkada buruşma bölgeleri olan, yolcuları saran sert, güçlü bir çerçeve ile tasarlanır. Kuvvetin azaltılması ve yeniden dağıtılması, yolcu bölmesinin içinde gerçekleştirilir.

hava yastıklarının kullanılması .

Arabaların sadece buruşamayan bazı parçaları vardır. Ana suçlu motordur - çoğu araçta motor büyük, ağır bir çelik bloktur. Orada buruşma yok. Aynısı alüminyum motor bloklu araçlar için de geçerlidir. Bazen, daha büyük bir buruşma bölgesini yerleştirmek için motoru çerçeve içinde daha geriye hareket ettirmek için arabaların yeniden tasarlanması gerekir. Ancak bu da sorunlara neden olabilir - çarpma sonucu motor yolcu bölmesine geri itilirse yaralanmalara neden olabilir.

Elektrikli veya hibrit araçlardaki yakıt depoları ve pil takımlarının da yangınları veya toksik kimyasallara maruz kalmayı önlemek için darbelerden korunması gerekir. Çerçevenin bir bölümü tankı koruyacak şekilde tasarlanabilirler, ancak çerçevenin bu kısmı darbeden uzaklaşabilir. Örneğin, bir araba arkadan gidiyorsa, şasi yukarı doğru kıvrılarak benzin deposunu kaldırıyor ve bir miktar darbeyi emiyor. Daha yeni otomobillerde, bir çarpışma sırasında motora yakıt beslemesini kesen sistemler bulunur ve yüksek performanslı bir elektrikli otomobil olan Tesla Roadster , akü paketlerini kapatan ve otomobil boyunca uzanan kablolardaki tüm elektrik enerjisini boşaltan bir güvenlik sistemine sahiptir. acil bir durumu algılar [kaynak: Tesla Motors ].

Elbette, yolcu bölmesi etkilenmeden önce buruşmak için bolca alana sahip büyük bir araçta buruşma bölgeleri oluşturmak kolaydır. Küçük araçlara buruşma bölgeleri tasarlamak biraz yaratıcılık gerektirir. İyi bir örnek, son derece küçük olan smart fortwo'dur .

ve verimli bir araç. Sürücü ve yolcu, boyutuna göre mükemmel sertliğe sahip çelik bir çerçeve olan tridion güvenlik hücresinin içine yerleştirilmiştir. Geometri, etkileri tüm çerçeveye dağıtmak için tasarlanmıştır. smart fortwo'nun önünde ve arkasında smart'ın çarpışma kutuları dediği şey vardır . Bunlar, darbeleri emmek için çöken ve buruşan küçük çelik çerçevelerdir. Çarpma kutuları çok küçük olduğundan, onları desteklemek için başka darbe emici özellikler kullanılmıştır. Örneğin şanzıman , önden çarpışma durumunda amortisör görevi görebilir. Fortwo'nun kısa dingil mesafesi, neredeyse her türlü darbenin lastikleri , tekerlekleri ve süspansiyonu içereceği anlamına gelir.. Bu bileşenler, bir çarpma sırasında daha fazla kinetik enerjiyi emmeye yardımcı olarak deforme olacak, kopacak veya geri tepecek şekilde tasarlanmıştır [kaynak: smart USA ].

Ardından, buruşma bölgelerinin en sevdiğiniz yarış arabası sürücünüzü hayatta tutmaya nasıl yardımcı olduğunu göreceğiz.

­

Trenlerde Kırılma Bölgeleri

Bir araba çarptığında ortaya çıkan inanılmaz kinetik kuvvetten bahsetmiştik, ancak iki tren çarpıştığında ortaya çıkan kuvveti bir düşünün. Bir trenin muazzam ağırlığı nedeniyle, bir çarpışma, bir araba kazasında olduğundan düzinelerce, hatta yüzlerce kat daha büyük kuvvetler yaratabilir. Yine de buruşma bölgeleri bu aşırı koşullar altında bile kullanılabilir. Mühendisler, 3D bilgisayar simülasyonlarını kullanarak, olası maksimum kuvveti emerek, çarpma sırasında istikrarlı ve eşit bir şekilde deforme olacak bir buruşma bölgesi oluşturabilirler. Kırılma bölgeleri daha sonra bir yolcu trenindeki her vagonun her iki ucuna yerleştirilir. Bir çarpışma durumunda, birbirine çarpan arabaların zincirleme reaksiyonu, gücü trendeki tüm burkulma bölgelerine dağıtır. Bu, yolcuların yaralanmasını önlemek için yeterince darbe kuvvetini emebilir [kaynak: Makine Tasarımı].

Even if you're not a fan of auto racing, you've probably seen images of spectacular crashes in which cars tumble down the track, flinging parts in every direction as the car is literally destroyed. Yet miraculously, the driver climbs out of the twisted wreckage and walks away uninjured. While these crashes look horrifying, all that spectacular destruction is spending kinetic energy. It's probably not a fun ride for the driver, but the car is doing exactly what it was designed to do in this situation -- protect the person in the driver's seat.

There have also been rare occasions when a race car has struck a solid object at high speed, such as NASCAR driver Michael Waltrip's crash at Bristol in 1990. He hit the blunt end of a concrete wall at racing speeds, and the car stopped very suddenly. The impact generated enormous forces, yet Waltrip was unhurt. The reason is evident in looking at the remains of his car on that day. It was completely and utterly destroyed. All that force was spent on the destruction of the car. Clearly, the incident went well beyond the abilities of any crumple zone, and in fact it was simply a matter of luck that nothing intruded into the driver's compartment to injure Waltrip. Force redistribution saved his life.

There is an unfortunate counterpoint to the concept, however. From the 1980s to the early 2000s, there were numerous racing fatalities due to overly stiff chassis. Probably the most widely known incident is the death of Dale Earnhardt Sr. in the 2001 Daytona 500. The crash didn't initially appear to be severe, and the car didn't seem to suffer extensive damage; however, that was exactly the problem. A great deal of the force of impact was transferred directly to the driver, causing immediate and severe injuries. The fatal injury was a basilar skull fracture, an injury to the area where the skull and spinal cord connect. This injury is the cause of death in many auto racing accidents, and it occurs when the head snaps forward on impact while the body remains restrained by safety belts . While head and neck restraint devices have lowered the incidence of basilar skull fractures, reducing impact forces on the driver have played a major role as well.

Several other well-known drivers were killed during this period, as well as lesser-known drivers in NASCAR modified and late models classes racing at tracks throughout the United States. The reason behind the increase in fatal crashes was simply the pursuit of higher performance. Car designers and crews sought better handling by creating a more rigid chassis. This included adding components to the frame, using straight frame rails, and switching to steel tubes with thicker walls. Sure, they made the chassis more rigid, but when these inflexible cars hit a wall, there was no give. None of the force was absorbed by the car -- the driver took most of the impact.

Even before Earnhardt's death in 2001, race tracks were trying to find solutions to this problem. Tracks in the northeastern United States experimented with giant blocks of industrial Styrofoam lining the walls, a similar concept to the soft wall technology used on many superspeedways today. More importantly, the cars were changed. Thinner-gauge steel tubing is now used on certain portions of the chassis, and frame rails are given a bend or notch so they deform somewhat predictably on impact.

NASCAR's Car of Tomorrow, used in Sprint Cup racing, has foam and other impact absorbing material inserted into critical areas of the frame. Although auto racing will always be a dangerous sport, the use of less rigid chassis construction, soft wall technology and head and neck restraint systems have greatly reduced crash impact forces on drivers.

For more information about automotive safety devices, racing and other related topics, follow the links on the next page.

­

Safety Ride Down

Volvo has been developing another impact absorbing technology for use in small cars. The driver's seat is mounted to what is basically a sled on a rail, with shock absorbers in front of it. In an impact, the whole "sled" (seat and driver included) slides forward up to 8 inches, and the shock absorbers literally do their job, absorbing the shock of the impact. At the same time, the steering wheel and a section of the dash board slide forward to make room for the driver. Combined with a front crumple zone and possibly an airbag, this system could greatly reduce the forces acting on the driver in a front-end collision [source: Ford Motor Company].

Originally Published: Aug 11, 2008

How do crumple zones work?

Why do vehicles need crumple zones?

Do old cars have crumple zones?

Do crumple zones save lives?

How are car safety features tested?

Related Articles

More Great Links