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An�lisis de lesiones en el conductor para impactos frontales por simulaci�n computacional

 

Driver injury analysis for frontal impacts by computational simulation

 

An�lise de les�es de motorista para impactos frontais por simula��o computacional

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: cpaucar605@gmail.com

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de noviembre de 2022 *Aceptado: 12 de diciembre de 2022 * Publicado: 14 de enero de 2022

 

1. Ingeniero Automotriz, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.
2. Mag�ster en Dise�o, Producci�n y automatizaci�n industrial, Ingeniero Mec�nico, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Mec�nica, Carrera de Ingenier�a Automotriz, Grupo de Investigaci�n GIEBI, Chimborazo, Ecuador.
3. Mag�ster en Dise�o, Producci�n y automatizaci�n industrial, Ingeniero Mec�nico, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Mec�nica, Carrera de Ingenier�a Mec�nica, Grupo de Investigaci�n GIEBI, Chimborazo, Ecuador.

Resumen

Se realizo el estudio y an�lisis de las lesiones producidas en el conductor en impactos frontales seg�n el reglamento N�94 de la Comisi�n Econ�mica para Europa de las Naciones Unidas, utilizando un modelo virtual de autob�s interprovincial generado en un software CAD y un maniqu� especializado en la recolecci�n de datos de las lesiones criticas producidas durante la simulaci�n en el software LS-DYNA. Para establecer la malla que conforman los elementos estructurales del autob�s, barrera r�gida y maniqu� se utilizaron elementos tipo SHELL y SOLID en dos dimensiones, el cual permite alcanzar una malla anal�gica, recomendada por el desarrollador del software para un mallado aceptable.� Los resultados adquiridos permitieron conocer que la estructura del autob�s en la simulaci�n a velocidad de 25 km/h se deformo en la secci�n frontal 9.9 cm; por lo que el conductor no sufre lesiones graves cumpliendo la norma internacional, en cambio los ensayos sometidos a velocidad de 50 km/h el modelo se deformo en la secci�n frontal 52.3 cm por lo que los �ndices de seguridad de lesiones en los conductores no son aceptables. Se recomienda que los autobuses se fabriquen con la secci�n del conductor reforzada, que se implemente nuevas tecnolog�as de seguridad activa y pasiva para ayudar en la protecci�n al conductor.

Palabras Clave: Tecnolog�a y ciencias de la ingenier�a; impacto automovil�stico; simulaci�n de impacto frontal; dise�o asistido por ordenador (CAD); ingenier�a asistida por ordenador (CAE).

 

Abstract

The research and analysis of the injuries produced in the driver in frontal impacts according to the regulation N�94 of the Economic Commission for Europe of the United Nations was carried out using a virtual model of an interprovincial bus generated in a CAD software and a dummy specialized in the collection of data of the critical injuries produced during the simulation in the LS-DYNA software. To establish the mesh that conforms the structural elements of the bus, rigid barrier and dummy, SHELL and SOLID type elements were used in two dimensions, which allows to achieve an analog mesh, recommended by the software developer for an acceptable meshing.� The acquired results allowed to know that the structure of the bus in the simulation at a speed of 25 km/h was deformed in the frontal section 9.9 cm; so the driver does not suffer serious injuries complying with the international standard, on the other hand the tests submitted at a speed of 50 km/h the model was deformed in the frontal section 52.3 cm so the safety indexes of injuries in the drivers are not acceptable. It is recommended that buses be manufactured with a reinforced driver's section and that new active and passive safety technologies be implemented to help protect the driver.

Keywords: Technology and engineering sciences; automobile impact; frontal impact simulation; computer aided design (CAD); computer aided engineering (CAE).

 

Resumo

O estudo e an�lise das les�es produzidas no motorista em impactos frontais foi realizado de acordo com o regulamento N� 94 da Comiss�o Econ�mica para a Europa das Na��es Unidas, utilizando um modelo virtual de �nibus interprovincial gerado em um software CAD e um manequim especializada na coleta de dados das les�es cr�ticas produzidas durante a simula��o no software LS-DYNA. Para estabelecer a malha que comp�e os elementos estruturais do �nibus, barreira r�gida e manequim, foram utilizados elementos do tipo SHELL e SOLID em duas dimens�es, o que permite chegar a uma malha anal�gica, recomendada pelo desenvolvedor do software para uma malha aceit�vel. Os resultados adquiridos permitiram saber que a estrutura do �nibus na simula��o a uma velocidade de 25 km/h foi deformada na se��o frontal em 9,9 cm; Assim, o condutor n�o sofre les�es graves, cumprindo a norma internacional. para les�es aos motoristas n�o s�o aceit�veis. Recomenda-se que os �nibus sejam fabricados com se��o do motorista refor�ada, que sejam implementadas novas tecnologias de seguran�a ativa e passiva para ajudar a proteger o motorista.

Palavras-chave: Ci�ncias da tecnologia e engenharia; impacto autom�vel; simula��o de impacto frontal; desenho assistido por computador (CAD); engenharia assistida por computador (CAE).

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Introducci�n

Durante a�os se han producido m�ltiples accidentes de tr�nsito en los que involucra a autobuses de transporte p�blico, en los cuales, los conductores han sido los m�s afectados ante un impacto frontal. Gracias al desarrollo tecnol�gico en la industria automotriz se puede llevar a cabo ensayos virtuales con una infinidad de programas computacionales desarrollados para la recreaci�n de movimientos reales en casos de colisiones frontales, laterales, posteriores, superiores e inferiores, estos accidentes se producen en rutas de servicio por diversos factores, estos pueden ser por el exceso de velocidad, falla de frenos, impericias del conductor, exceso de peso permitido etc., permitiendo modificar o crear nuevas formas y variaciones en la geometr�a de la carrocer�a del autob�s que permita brindar seguridad al conductor y los ocupantes, de manera que la estructura a deformarse en una colisi�n frontal no alcance a producir lesiones graves a los ocupantes� expuestos al siniestro, con el desarrollo de la investigaci�n se pretende el uso de softwares computacionales para el dise�o y modelado, como LS-DYNA en la utilizaci�n del an�lisis en el comportamiento de la carrocer�a y conductor en el impacto, enfoc�ndose en el desarrollo del da�o que sufre el conductor en partes cr�ticas del cuerpo mediante el impacto frontal.

 

Materiales

Marco te�rico

Estado del arte

Los ordenamientos m�s cruciales seg�n el Foro Mundial, ayudan a prever el peligro existente en impactos frontales y laterales, sin embargo, solamente 49 pa�ses adjudican los ordenamientos de la Comisi�n Econ�mica de las Naciones Unidas para una colisi�n frontal y 47 aplican los ordenamientos para una colisi�n lateral. Del infortunio producido por siniestros de automotores, Estos son producidos en su mayor�a por colisiones frontales con 55%, el otro �ndice alto que cubre 40% pertenece a colisiones laterales y el �ndice restante del 5% cubre varios tipos de colisiones. (Santos, 2017 pp. 33)

Los ensayos para evitar lesiones en los ocupantes de autobuses de trasporte p�blico interprovincial se realizan bas�ndose en las normativas validas de la Comisi�n Econ�mica para Europa (CEPE/UNECE), implementando medidas de seguridad con la creaci�n de normas y reglamentos que garanticen la disminuci�n del contacto f�sico de la estructura deformada de un bus con respecto a los ocupantes cuando est�n sujetos a una colisi�n frontal. La uni�n europea public� el reglamento N�94 y N�95 referente a la homologaci�n de los veh�culos en casos de impactos frontales para salvaguardar a sus ocupantes, y los aspectos que establecen son; Toda modificaci�n que influya directamente en la estructura, como tambi�n al n�mero y tipo de los asientos de los ocupantes, la decoraci�n o el acondicionamiento en su interior, la posici�n de los controles del veh�culo o del conjunto mec�nico, y que pudiera intervenir directamente en la capacidad de la parte delantera del automotor para absorber energ�a deber� ponerse en conocimiento del servicio administrativo que conceda la homologaci�n.

La uni�n europea de acuerdo al reglamento N�94 y N�95 establece disposiciones uniformes relativas a la homologaci�n de los automotores con relaci�n al resguardo de los ocupantes en caso de una colisi�n frontal, las carrocer�as est�n expuestas al perfeccionamiento constante por las innovaciones tecnol�gicas con respecto al desarrollo t�cnico y, la carrocer�a a seguido en parte una evoluci�n t�cnica.

En el continente europeo se realizan ensayos de resistencia y comportamiento en situaciones de impactos frontales, evaluando lesiones en la cabeza, t�rax, abdomen y pelvis, consider�ndola respuesta a velocidades a 56 � 1 km/h, si en el ensayo de impacto del autob�s se realiza a velocidades superiores a la propuesta y este lograse cumplir los requerimientos de la norma el estudio se considerar� satisfactorio. (Reglamento No 94 CEPE/ONU)

 

Autob�s

El autob�s est� conformado por una parte mec�nica y una parte estructural o tambi�n llamada carrocer�a. La parte mec�nica est� formada por diversos elementos que conforman un veh�culo como son el sistema de propulsi�n, sistema transmisi�n, sistema de refrigeraci�n entre otros. La secci�n de la carrocer�a es la estructura del autob�s, est� constituido por elementos estructurales y l�minas de metal las cuales est�n sujetas mediante juntas empernadas o soldadas, permite aportar en el soporte de las partes mec�nicas.

El modelo de bus con chasis, esta con formado por un bastidor que no debe ser confundido con la carrocer�a, consiste en una estructura interna que sostiene y aporta rigidez, formando a un veh�culo, es an�logo al esqueleto de un animal. Para el caso de un veh�culo consta de un armaz�n que integra entre s� y sujeta tanto los componentes mec�nicos, como el grupo moto-propulsor y la suspensi�n de las ruedas, motor incluyendo la carrocer�a.

 

 

 

 

 

 

Figura 1: Chasis.

Fuente: Autolider Ecuador S.A.

 

Carrocer�a met�lica

Una carrocer�a met�lica se define como una estructura de forma cubica especial destinada para trasladar personas en cuanto est� efectu� el trayecto del autob�s de un punto hacia otro, la misi�n fundamental de la carrocer�a es albergar y resguardar a los pasajeros.

Cumple con la principal caracter�stica de ser el armaz�n del autob�s, la carrocer�a debe concentrar la mayor cantidad de energ�a liberada en el impacto por medio de la deformaci�n proporcional y controlada de la secci�n frontal, posterior, lateral u otras partes del autob�s, sin que afecten la integridad y compartimento a los pasajeros. La estructura debe garantizar caracter�sticas de solidez resistencia y seguridad, obedeciendo en todo sentido los requisitos de las normas vigentes en cada pa�s. (CEDE)

 

Figura 2: Dise�o CAD de una carrocer�a.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Partes de la carrocer�a

Estructura central

Est� constituida por un habit�culo o armadura de soporte, es el conjunto de partes que permite proporcionar soporte, resistencia, rigidez y estabilidad a la carrocer�a

Paneles externos

Superficie que est� directamente en conexi�n con el ambiente exterior de la regi�n de trabajo.

 

Juntas

Constituyen los elementos utilizados para la uni�n de partes estructurales. Las conexiones fundamentales ocupadas son las uniones soldadas, empernadas y adheridas, esto var�a por el requerimiento de partes a unir ya sean estos elementos estructurales, elementos funcionamiento principal, recubrimiento y confort. (Cepeda, 2017)

 

Figura 3: Dise�o CAD partes de una carrocer�a.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Seguridad en los veh�culos

Seguridad pasiva

El concepto de seguridad pasiva engloba todos los sistemas adoptados para proteger a los ocupantes de veh�culos contra lesiones, o para reducir sus consecuencias una vez que se ha producido el accidente.

En una colisi�n, toda la energ�a cin�tica que ten�a, debido a su velocidad, se convierte en energ�a de deformaci�n, agot�ndola en deformar y romper las estructuras met�licas del veh�culo y sus ocupantes que involucran directamente en la distribuci�n de energ�a generada al impacto.

Los autobuses disponen de mecanismos de seguridad pasiva que son altamente importantes, a continuaci�n, se detallan algunos de los principales sistemas:

• Cintur�n de seguridad tres puntos.
• Asientos confiables y adaptables
• Reposacabezas ergon�micos.
• Tablero de control de instrumentos de mando deformables.
• Airbag.
• Carrocer�as de deformaci�n progresiva.

 

Seguridad activa

En t�rminos simples, los sistemas de seguridad activa son aquellos que contribuyen a un mejor y m�s seguro funcionamiento del auto, con el objetivo de reducir al m�nimo las posibilidades de accidentarse. Es decir que su rol es preventivo.

Esta seguridad operante est� conformada por sistemas especializados que disponen todos los autobuses en movimiento para afianzar la garant�a en los recorridos que estos deben cumplir.

Los autobuses est�n conformados por distintos sistemas de seguridad activa por lo que detallaremos los principales:

Sistema de frenos, direcci�n, suspensi�n, elementos de adherencia con el suelo (neum�ticos), sistema de iluminaci�n, sistema control de estabilidad �������

 

Materiales para fabricar la carrocer�a

El material m�s utilizado en nuestro medio por las f�bricas constructoras de carrocer�as son los tubos estructurales de secci�n cuadrada, rectangular, �ngulos, canales tipo C o especial de grado A con un l�mite de fluencia m�nimo de 270 MPa, la resistencia a la tracci�n m�nima es de 310 MPa y una elongaci�n porcentual m�nima, a menor o igual a 3.05 de espesor. Cabe recalcar que este material ha sido seleccionado por la mayor�a de los fabricantes por su costo accesible y la baja relaci�n del peso final de la carrocer�a.

 

Tabla 1: Clasificaci�n y propiedades de los tubos la norma NTE INEN 2415.

Fuente: INEN 2415, 2016. Realizado por: Paucar C, 2021

Maniqu� de ensayo (Dummy)

Los maniqu�es para ensayos de choque (Dummy), son mu�ecos antropom�rficos que tienen como finalidad suplantar al ser humano en los test de choque a las que est�n sujetos los veh�culos. Est�n compuestos con una serie de sensores colocados por todas las partes cr�ticas que conforman el ser humano, con los que, se calcula varios criterios, permitiendo calificar la gravedad del infortunio que se expone en la persona. (Mu�oz & L�pez, 2007 pp. 63-71.)

 

Figura 4: Dummy real hibrido III 50% percentil.

Fuente: (HUMANESTICS GRUP)

 

Hybrid III

Es el maniqu� de prueba de choque m�s empleado en el mundo para la evaluaci�n de sistemas que est�n sujetas a seguridad automotriz en pruebas de colisi�n frontal. Originalmente es desarrollado por General Motors, el dise�o masculino del percentil 50 H�brido III, como se muestra en la Tabla 2, ahora es mantenido y desarrollado por Humanetics junto con los Comit�s de Biomec�nica de la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) y la Administraci�n Nacional de Seguridad y Transporte en Carreteras (NHTSA). 

 

Tabla 2:�� Comparaci�n de masas entre el modelo virtual y el maniqu� hybrid III 50 %.

Fuente: Mart�nez & otros, pp. 804

Solucionador multif�sico LS-DYNA

Su aplicaci�n est� directamente relacionada con las industrias automotriz, aeroespacial, de construcci�n, militar, manufacturera y de bioingenier�a. La aplicaci�n de este m�todo se basa en el an�lisis de las deformaciones transitorias no lineales que se llevan a cabo en un intervalo reducido de tiempo. (ANSYS/LTS.)

La aplicaci�n de LS-DYNA en el �mbito automotriz es apreciado cuando se realiza el an�lisis del dise�o en los automotores. Esto permite conocer a ciencia cierta el comportamiento del automotor frente a un siniestro y los principales efectos producidos a los ocupantes en el instante de la colisi�n.

 

Pasos a seguir en el c�lculo

Estos m�todos disponen de ciertos pasos a seguir para resolver cualquier estudio. (Fr�as, 2004 pp. 121)

a)     Pre-procesador.

• Dibujar los modelos de autobuses.
• Selecci�n del tipo de elementos a utilizar en la obtenci�n de la carrocer�a como en la totalidad de elementos que conforman el autob�s.
• Seleccionar el material que se va a utilizar en los autobuses, que pueden obtenerse de acuerdo a est�ndares y normas de fabricaci�n de cada pa�s.
• Asignaci�n de propiedades de los materiales a los diferentes componentes de los modelos de autobuses.
• Mallado de los componentes de los modelos de autobuses.
• Aplicaci�n de las cargas exteriores en los modelos de autobuses estos pueden ser puntuales, lineales o superficiales.
• Aplicaci�n de las condiciones de contorno en cada uno de los modelos.

b)    Calculador

• Seleccionar el c�lculo din�mico a realizar en los modelos de autobuses.
• Selecci�n de intervalos de tiempo para cada simulaci�n.

c)     Inicio del c�lculo

�El programa resuelve de acuerdo a los par�metros y condiciones proporcionadas para cada modelo de cada uno de los ensayos a realizar, generando la soluci�n.

d)    Post-procesador

�Este nos permite conocer resultados en forma num�rica como tambi�n de manera gr�fica.

 

Impacto frontal

El impacto frontal demuestra que es la forma de accidente con una elevada concurrencia en todos los espacios viales, exponiendo a todo tipo de veh�culo destinado al traslado de personas, estas formas de traslado conllevan a que los usuarios est�n expuestos a una serie de traumatismos que afecten a su integridad en situaciones de colisi�n. De esta manera el estudio del impacto de un autob�s se da mediante el software LS-DYNA y se produce en la secci�n delantera. El impacto que se da entre el autob�s y la barrera debe cubrir todo el ancho delantero del autob�s como se muestra en la Figura 5. La barrera utilizada en el impacto es r�gida para representar la naturaleza deformable del autob�s. Es una forma rigurosa de conocer y visualizar las lesiones de los individuos expuestos, el comportamiento de la estructura frontal de un autob�s sin que exista instrucci�n de elementos hacia el espacio de supervivencia de los ocupantes.

 

Figura 5: Impacto frontal de autob�s m�todo FEM. software LS-DYNA

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Reglamento N� 94 de la Comisi�n Econ�mica para Europa (CEPE)

Las pruebas est�n desarrolladas seg�n los requerimientos CEPE, cumpliendo con los par�metros, criterios y especificaciones propuestos, los cuales se precisan en los siguientes puntos.

 

Criterios de comportamiento

• El criterio de comportamiento de la cabeza (HPC) no deber� sobrepasar a 1 000, y la rapidez proveniente de la cabeza no sobrepasar� los 80 g durante m�s de 3 ms.
• El criterio de compresi�n del t�rax (THCC) no sobrepasara los 50 mm.
• El criterio de viscosidad (V * C) para el t�rax no sobrepasara a 1,0 m/s
• El criterio de fuerza del f�mur (FFC) no deber� ser superior al criterio de comportamiento fuerza-tiempo de 9,07 KN como se muestra la Figura 6.

 

Figura 6: Criterio fuerza del f�mur.

Fuente: Reglamento No 94 CEPE/ONU, 2009

 

Tambi�n se tomar� el inciso del comportamiento la pelvis del reglamento N�95 el lateral 5.2.1.3. (Reglamento No 95 CEPE/ONU. pp 97).

• El criterio en la conducta de la pelvis deber� presentar una resistencia m�xima sobre la s�nfisis p�bica menor o equivalente a 6 KN.

 

Procedimiento de ensayo

El procedimiento se detalla en los numerales 1, 1.1, 1.4, 1.4.1, 1.4.2, 1.4.2.1, 1.4.2.2, 1.4.2.3, 1.4.2.4, 1.4.2.5, 3, 3.1, 3.2, 4. Instalaci�n y preparaci�n del veh�culo seg�n Reglamento No 94 CEPE/ONU. (Anexo 3 del Reglamento No 94 CEPE/ONU. pp 64-66).

• Terreno de ensayo.

El �rea entre la barrera y veh�culo est�n libres de elementos que intervengan en el ensayo.

• Estado del veh�culo.

La condici�n principal del veh�culo ser� la representaci�n de su elaboraci�n en serie abarcando todos sus componentes naturales y permanecer� de forma habitual en su curso.

• Masa del veh�culo.

Para el ensayo, el peso del veh�culo de estudio competer� a la tara del mismo. En los sistemas que contengan aceite, refrigerante, etc. pueden permanecer vac�os, teniendo en cuenta que estos deben ser recompensados posteriormente.

• Impulso y transcurso del veh�culo.

Deber� el veh�culo ser propulsado por el mecanismo que goce.

• Velocidad de ensayo.

�La velocidad en el instante de la colisi�n es de 56 � 0, + 1 km/h. De forma que si en el estudio se plantea una velocidad superior y el veh�culo satisface las estipulaciones de la norma, el ensayo se considerar� satisfactorio.

 

Metodolog�a 

Modelado y dise�o de un autob�s

El modelado se realiza con software especializado en dise�o CAD 3D y planos en 2D, el cual nos permite representar de forma virtual los distintos componentes que conforman la parte mec�nica del autob�s como son el batidor, aros, neum�ticos, dep�sito de combustible sistema de transmisi�n etc. como se muestra en la figura 6. Los componentes estructurales est�n conformados por partes tipo Shell (superficies), esto ayuda a exponer una estimaci�n de forma superior en los resultados de esfuerzos como en deformaciones. Adem�s, se tom� la resoluci�n de suprimir ciertos detalles y partes de los modelos de autobuses que no interfieran en la resistencia de la estructura que conforma la carrocer�a en siniestros frontales, de manera que el gasto computacional es bajo porque permite alcanzar el desarrollo de modelos mucho m�s ligeros.

 

Figura 6:����� Modelado chasis

Realizado por: Paucar C, 2021

 

 

 

Modelado de la carrocer�a

La estructura del autob�s respeta todas las dimensiones otorgadas por la norma INEN 1668, los anclajes fueron dise�ados con caracter�sticas que aporten a la sujeci�n y soporte en la uni�n entre la parte mec�nica de propulsi�n y la carrocer�a, como se puede observar de color amarillo en la Figura 7.

 

Figura 7: Modelado de la carrocer�a a) Vista en perspectiva de la carrocer�a, b) Vista lateral disposici�n del motor, c) Uni�n de anclajes al chasis.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Correcci�n de los modelos CAD

Los modelos CAD est�n sujetos a varios conflictos en el modelado por lo que es necesario una revisi�n preliminar de todos elementos del dise�o. Existen herramientas que es muy eficaz para la detecci�n de errores antes de generar la malla, evitando generar �ndices bajos de calidad de malla.

 

 

 

 

Figura 8: a) carrocer�a con errores de modelado, b) carrocer�a sin errores

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Generaci�n de malla

La malla creada para los componentes de las carrocer�as est� formada por elementos cuadr�ticos y triangulares tipo Shell. El tama�o de malla es muy importante ya que entre menor sea el tama�o de los elementos mayor ser� la calidad y el desarrollo computacional.

 

Figura 9: Mallado completo del autob�s.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Para el modelo se utiliz� en el volante y asiento un tama�o de malla de 0.02mm y para la estructura de la carrocer�a y la parte mec�nica un tama�o de malla de 0.05 mm.

 

 

 

 

 

 

 

Figura 10: a) Tama�o de malla asiento, b) Visualizaci�n de la compartici�n de nodos c) Asiento sin mallar d) Asiento mallado.

 

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Con el criterio Jacobian se analiza que la calidad de malla sea fiable, este calcula y prueba �ntegramente los componentes del autob�s, si el mallado del modelo es de proporci�n alta nos indica que el estudio computacional es poco fiable, teniendo en cuenta el criterio Jacobian el valor m�nimo debe ser de 0.3 valor recomendado por LS DYNA.

 

Posicionamiento del dummy

El dummy puede ser trasladado en el eje x, y o z, esto facilita el posicionamiento del mismo en el interior del autob�s, las coordenadas evitan que el dummy presente interferencias con la carrocer�a y el asiento.

 

Figura 11: Posicionamiento del dummy en el autob�s utilizando coordenadas.

Realizado por: Paucar C, 2021

El dummy cuenta con las caracter�sticas de modificar la posici�n y rotaci�n de la cabeza como de sus partes superiores e inferiores ver Figura 12, esto permite que el dummy adquiera una postura natural similar o igual a la de un conductor real.

 

Figura 12: Dummy en postura correcta.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Ubicaci�n del cintur�n de seguridad

El cintur�n proporciona seguridad pasiva a nuestro dummy evitando que en la simulaci�n este salga expulsado por el parabrisas.

 

Figura 13: Dummy con cintur�n.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Asignaci�n de condiciones de borde

Material

El material que se emple� es de tipo PICEWISE LINEAR PLASTICITY, la conducta del material es de un modo el�stico-pl�stico.

 

Tabla 3: Picewise linear Plasticity autobuses

Magnitud	Medida
Densidad p	7.830�
M�dulo de Young E	200 GPa
Coeficiente de Poisson	0.3
Limite el�stico	270 GPa

 

 

 

 

 

 

Fuente: INEN 2415, 2016

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Soporte fijo

Se dispone para esta opci�n BOUNDARY SPC_SET. definiendo a la pared de impacto como una superficie r�gida, esto permite restringir en su totalidad los grados de movilidad.

 

Figura 14: Pared de impacto como soporte fijo utilizando la opci�n BOUNDARY SPC_SET

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Velocidad

Se proporciona la opci�n INITIAL_VELOCITY, en el cual permite asignar a todos los nodos de nuestro autob�s una misma velocidad lineal. La velocidad que se asign� en las simulaciones se muestra en la Tabla 4.

 

Tabla 4: Velocidades utilizadas en los modelos de la simulaci�n.

Realizado por: Paucar C, 2021

Otras condiciones utilizadas para la simulaci�n

El modelo CAD necesita estar bien definido para evitar errores de simulaci�n por lo que en la siguiente Tabla 5, se detalla los comandos generados en repetidas ocasiones y otros aplicados condici�n especifica.

 

Tabla 5: Condiciones utilizadas en la simulaci�n de impacto.

 

Resultados

Resultado de impacto frontal

Los resultados son visualizados por medio del interfaz que permite controlar los intervalos de tiempo de simulaci�n, de esta manera se puede observar la secuencia del impacto y la variaci�n de los esfuerzos de Von Mises en funci�n del tiempo de simulaci�n.

 

Figura 15: Simulaci�n de impacto frontal con una velocidad de 6.95 m/s, grafico inferior esfuerzos de Von Mises 0.54 GPa en 90 ms.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Se evidencia el comportamiento del dummy durante el ensayo de impacto a 6,95 m/s.

 

Figura 16: Secuencia de movimiento de dummy impacto a 6,95 m/s.

Realizado por: Paucar C, 2021

Se evidencia el comportamiento del dummy durante el ensayo de impacto a 13,88 m/s.

 

Figura 17: Secuencia de movimiento de dummy impacto 13,88 m/s.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

El factor de Hourglass se encuentra dentro del rango aceptable del 10% que se maneja para simulaciones din�micas.

 

Gr�fico 1: Balance de energ�as con 6.95 m/s y 13.88 m/s respectivamente, Hourglass es inferior al 10%.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Tabla 6: Validaci�n factor de Hourglassing.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Desplazamiento estructural en la secci�n del frontal del autob�s

Los desplazamientos que se generaron en el impacto para absorber la energ�a cin�tica producida en el autob�s a diferente velocidad estos medidos desde la parte externa al primer parante interior, esto garantizara la seguridad del conductor para que este no quede atrapado entre la estructura y el asiento.

 

Tabla 7: Desplazamiento de la estructura de la parte frontal.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Comportamiento del dummy en el momento de impacto

Cuando el dummy est� expuesto en el momento que la energ�a cin�tica llega a su punto m�ximo se aprecia que en el modelo obtiene mayor cabeceo.

 

Figura 18: Comparaci�n de maniqu�es, en azul maniqu� en motor delantero, en verde con motor posterior, izquierda m�xima energ�a cin�tica, derecha m�ximo cabeceo (rebote).

Realizado por: Paucar C, 2021

La fuerza G m�xima es la de color azul que pertenece a la simulaci�n con una velocidad de impacto de 13.88 m/s, como se muestra en el Gr�fico 2.

 

Gr�fico 2: Comparaci�n de fuerzas G medidas en la Cabeza del maniqu� el impacto frontal.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Evaluaci�n de norma en el comportamiento HIC

 

Tabla 8:�� Cumplimiento de norma en el comportamiento de la HIC

Realizado por: Paucar C, 2021

 

 

 

 

 

 

Evaluaci�n de norma en el comportamiento del t�rax

 

Figura 19:� Medici�n del desplazamiento de costillas durante las simulaciones.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Tabla 9: Evaluaci�n de norma en el comportamiento del t�rax.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Evaluaci�n de norma en el comportamiento del f�mur

 

Tabla 10:�� Evaluaci�n de norma en el comportamiento del f�mur.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Cumplimiento de norma en el comportamiento de la pelvis

 

Figura 20:��� Ubicaci�n de junta 22 utilizada para verificar la fuerza producida en la s�nfisis p�bica del maniqu�.

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Tabla 6-4: Cumplimiento de norma en el comportamiento de la pelvis

Realizado por: Paucar C, 2021

 

Conclusiones

• Se modela la carrocer�a con la recomendaci�n de la normativa ecuatoriana INEN 1668 para veh�culos de trasporte p�blico, para medir posteriormente las deformaciones.
• Se utiliza el reglamento N� 94 y N� 95 de la Comisi�n Econ�mica para Europa de las Naciones Unidas, que establece las condiciones de evaluaci�n de los ensayos de impacto frontal.
• Con el criterio Jacobian se analiza la calidad de malla, teniendo en cuenta el el valor m�nimo debe ser de 0.3 valor recomendado por LS DYNA.
• El autob�s con chasis presenta una absorci�n de energ�a menor cuando est� sometido a una velocidad de 25 km/h, lo suficiente para ser capaz de pasar los controles que dispone la norma. Con una deformaci�n frontal de 9.9 cm por parte de la estructura, esto ayudo a que el conductor apruebe los criterios de comportamiento de la cabeza con 352.7, el t�rax con 4.5 cm, la pelvis con 2.44 KN y en el f�mur no existe contacto.
• El autob�s con chasis a velocidades mayores como 50 km/h tiene el comportamiento m�s cr�tico. Una de las causas puede ser que carece de componentes que absorban mayor energ�a y se deformen en el impacto, ya que cuenta solo con elementos r�gidos en la parte frontal esto origina una canalizaci�n de energ�a hacia el conductor y ocupantes, obteniendo una deformaci�n frontal de 52.3 cm por parte de la estructura, esto evita a que el conductor apruebe los criterios de comportamiento de la cabeza con 6834, el t�rax con 8.2 cm, la pelvis con 10.6 KN y en el f�mur es imposible de calcular.
• Se generan simulaciones a diferente velocidad y se eval�an sus condiciones de comportamiento de deformaci�n estructural y el desplazamiento de sensores en el dummy, con la finalidad de mejorar las condiciones de seguridad pasiva y activa en los autobuses. �

 

 

 

 

Referencias

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� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).