Os pilotos da NASCAR estão entre os melhores do mundo, mas quando eles dirigem até a adesão a 320 km/h, os acidentes são inevitáveis. John Patalak, vice-presidente da NASCAR Security, está bem ciente dos riscos. Sua equipe é baseada em uma grande quantidade de dados, coletada pela pista de corrida e em um ambiente de simulação, a fim de manter um alto nível de segurança.
“” Em termos de velocidade, estamos constantemente procurando melhorar para responder mais rapidamente aos problemas de segurança, disse ele. É isso que nossos pilotos esperam e exigem de nós. Devemos ter certeza absoluta de ter dados confiáveis antes de pedir aos pilotos que tomem medidas para melhorar sua segurança. É impossível se basear apenas em opiniões; Você precisa confiar em dados robustos. É graças a isso que podemos tomar decisões informadas e ter uma mente serena. »»
Segundo Patalak, embora os pilotos da NASCAR sofrem mais acidentes por quilômetro percorridos do que os motoristas de carros de passageiros, a taxa de lesões por acidente na pista permanece significativamente menor. A NASCAR analisa particularmente as fraturas de compressão que afetam as vértebras torácicas e lombares da coluna vertebral.
Para entender esses tipos de lesão, a NASCAR depende de uma combinação de dados de um dispositivo de teste antropomórfico (ATD) ou modelo de teste de falha, além de muitas simulações virtuais com o software de simulação estrutural multifísica ANSYS LS-DYNA.
Essas simulações virtuais também integram o modelo Thums (Modelo Humano Total para Segurança) Da Toyota, uma representação digital do corpo humano. Essa ferramenta permite que a equipe realize mais avaliações aprofundadas do risco de lesão na coluna vertebral durante os impactos frontais, excedendo as capacidades oferecidas por um modelo mecânico simples.
“” Realizamos muitas pesquisas sobre esse tipo de lesão, diz Patalak. Você pode usar um modelo mecânico, testá -lo e validá -lo. Mas sem simulação, você é limitado por testes empíricos e modelos de teste de colisão para estudar esse mecanismo de lesão específico. Os manequins têm muitas células de carga na parte de trás da lombar, mas sua coluna não é muito orgânica, então atingimos rapidamente os limites dessa ferramenta. O uso da modelagem humana em um ambiente de simulação permite exceder essas limitações. »»
Aprendemos muito com os modelos
Apesar desses limites, o ATD continua sendo a principal referência para os testes da NASCAR. Esse modelo de modelo ajuda a equipe a validar seus modelos de sistemas de restrição. Para fazer isso, a equipe deve se referir aos modelos de materiais dos sistemas de cinto de segurança, espumas de assento, capacete e dispositivo HANS (um dispositivo para suportar a cabeça e o pescoço, uma espécie de colarinho fixado no capacete e posicionado sob os cintos de ombro piloto).
Antes de ir para a modelagem digital, a equipe realiza testes empíricos com o modelo mecânico e todos os equipamentos de segurança relevantes. Toda essa configuração é recriada digitalmente no software LS-Dyna para analisar todos os dados de modelos, bem como outros elementos físicos.
A validação em comparação com o modelo empírico oferece à equipe mais confiança na representação virtual de cintos de segurança, capacetes, dispositivos de suporte de cabeça e pescoço e musgos de assento em contato com o manequim. Uma vez que a equipe tenha esses elementos, ela pode retirar o ATD do ambiente virtual e começar a examinar problemas muito mais detalhados e diferenciados vinculados a mecanismos de lesões com um modelo digital do corpo humano.
Com base nessas análises, os engenheiros podem ajustar o sistema de restrição, como a rigidez da espuma na qual o modelo digital se baseia ou os ângulos do cinto de segurança, para fazer melhorias progressivas. Recentemente, a equipe examina a postura do modelo antes do impacto. Isso inclui a ativação de certos músculos para simular uma postura protetora (com a ajuda de um vídeo de alta velocidade de motoristas reais durante um acidente) para entender como um motorista posiciona seu corpo nesse tipo de situação.
“” No caso de uma fratura toraco-lombar da coluna vertebral, os dados fornecidos pelo modelo são um pouco limitados para nos ajudar a entender o mecanismo dessa lesãodiz Patalak. Optamos por modelar digitalmente o corpo humano, porque isso nos permite examinar as restrições localizadas em cada vértebra e compará -las com as restrições de ruptura de diferentes zonas da coluna vertebral. Também é possível examinar as forças transversais em cada vértebra e os momentos de flexão, a fim de extrair todas essas informações para otimizar o dispositivo como um todo. »»
O software ANSYS oferece aos engenheiros uma visão geral do desempenho dos capacetes
Cinco principais melhorias de segurança foram identificadas como vitais para salvar vidas nos circuitos da NASCAR.
- caixas pretas para dados de falha;
- capacetes integrais;
- Dispositivos Hans;
- Barreiras de aço e espuma para redução de energia;
- Cintos de segurança e assentos aprimorados.
Entre essas inovações, os capacetes integrais se destacam por suas cores brilhantes e sua capacidade de proteger as cabeças dos pilotos. Projetados para distribuir a força de um impacto em toda a cabeça, eles também protegem os motoristas de lesões faciais durante colisões de alta velocidade.
Qual é a eficácia dos capacetes durante uma corrida da NASCAR? Segundo Patalak, é raro que um piloto sofra um impacto grave diretamente na concha do capacete. Isso é explicado pelo fato de que os pilotos da NASCAR estão bem protegidos por dispositivos ao redor da cabeça e uma gaiola de segurança. No entanto, sempre existem possibilidades de melhoria.
A equipe procura melhorar o desempenho dos capacetes durante impactos de baixa intensidade. O objetivo é conciliar a segurança com as expectativas dos pilotos em um ambiente muitas vezes barulhento, áspero e às vezes claustrofóbico. Os pilotos querem ser perfeitamente integrados ao carro ou “bem acoplados” em termos de engenharia, graças ao assento e à energia absorvente de espuma, o que é muito benéfico para a segurança.
No cockpit, o capacete de um piloto é cercado por uma espuma anti-Shock, o que reduz o risco de lesão na cabeça e no pescoço, mas pode causar problemas para a condução regular. Quando os pilotos passam por solavancos e fronteiras, eles podem ser abalados da esquerda para a direita, causando impactos entre a cabeça e a espuma protetora. A equipe está particularmente interessada nesses impactos de baixa intensidade que podem se tornar irritantes durante uma corrida.
“” Para reproduzir esse fenômeno, aplicamos pulsos característicos nos modelos de espuma de cabeça no sistema, a fim de observar a reação da cabeça do modelo humanoexplica Patalak. Em seguida, examinamos a modificação das propriedades dos materiais no capacete ou na espuma da cabeça no contexto de nosso ambiente de simulação para mitigar os efeitos desses impactos. »»
Estações mais seguras graças à simulação
Todos esses testes fazem parte de um estudo de longo prazo da NASCAR. Atualmente, a equipe usa o software de simulação LS-Dyna para tentar desenvolver testes empíricos. O objetivo é criar testes que os fabricantes de fones de ouvido e organizações de referência, como Snell Memorial Foundation e FIA (Federação Internacional de Automóveis), podem usar para avaliar a eficácia dos capacetes durante os impactos de menor intensidade.
Snell e FIA trabalham na avaliação, testes e regulamentação de capacetes de automobilismo. Ao colaborar com essas duas organizações, a NASCAR ajuda a melhorar a segurança no automobilismo.
A equipe de Patalak também examina os ajustes que podem ser feitos aos laços de Hans aos quais o capacete é fixado para proteger melhor o piloto. A pesquisa concentra -se no efeito do comprimento, altura e ângulos dos acessórios nas cargas exercidas nas partes superior e inferior do pescoço. O objetivo é encontrar o equilíbrio em um ambiente de modelagem, a fim de reduzir consideravelmente a aceleração da cabeça sem aumentar as forças exercidas no pescoço durante o impacto. Este trabalho seria muito limitado, se não impossível, sem a ajuda da simulação.
“” A vantagem das simulações de LS-Dyna está em nossa capacidade de ignorar a pequena variabilidade dos testes físicos e rapidamente e a um custo menor das mudanças mínimas em um sistema com um alto nível de confiança, Declara Patalak. É difícil estimar o verdadeiro valor dessa ferramenta, porque em muitos casos as simulações de LS-Dyna permitem análises que seriam simplesmente impossíveis de outra forma. »»
