Segurança passiva de capacetes rodoviários utilizando novos materiais

Abstract

Neste trabalho procura-se explorar a capacidade da cortiça de actuar como material dedicado à absorção de energia de impacto, no âmbito da segurança passiva em capacetes rodoviários. Estuda-se numericamente a viabilidade da implementação de padding em cortiça micro-aglomerada em capacetes rodoviários, em particular em capacetes de motas, através de simulações numéricas de testes de impacto, nos pontos considerados pela norma europeia ECE-R.22/05. O poliestireno expandido (EPS) é um material largamente utilizado, e com excelentes desempenhos, em aplicações de absorção de energia. Contudo, uma vez deformado, este não apresenta retorno elástico, o que significa que a sua capacidade de absorção de energia fica bastante reduzida após o primeiro impacto. Por outro lado, a cortiça é um material caracterizado por ter uma boa capacidade de absorção de energia, e com retorno elástico quase total, o que significa que a sua capacidade de absorção de energia é quase inalterável. Numa parte inicial, cria-se um modelo numérico a fim de verificar se a escolha dos modelos numéricos de comportamento adoptados para a modelação dos materiais em estudo, eram adequados. Os resultados obtidos mostram que o modelo escolhido, quer para o EPS quer para a cortiça micro-aglomerada consegue modelar adequadamente o comportamento real do material. Na segunda fase deste trabalho, desenvolve-se um modelo de capacete rodoviário simplificado, e este é submetido a impactos, em diversos pontos, conforme especificado na norma europeia. Estuda-se numericamente a aplicação de cortiça micro-aglomerada no padding de absorção de energia do capacete. Confrontam-se os resultados obtidos, no que diz respeito à aceleração do centro de gravidade do modelo da cabeça, valores de HIC (critério de lesão) e energia cinética, com padding em EPS e em microaglomerado de cortiça. Verifica-se se os valores de aceleração máxima do centro de massa do modelo da cabeça e HIC estão dentro dos limites estabelecidos pela norma reguladora.

The efficiency of cork as a material dedicated to energy absorption under impact loading is studied in the present work, bearing in mind its application in the increase of passive safety of road helmets. The viability of the application of a micro-agglomerate cork padding on road helmets, especially in motorcycle helmets, is studied using finite element simulations of impact tests, considering the specifications of the European Standard ECE-R.22/05. Expanded polystyrene (EPS) is a widely used material, with excellent results in energy absorption applications. However, after the first impact, its capacity for energy dissipation is significantly decreased, due to the almost total absence of elastic springback. Moreover, cork is a material characterized by having both a good energy absorption capability and springback behaviour, which means that its capacity to absorption energy is almost unchanged after the first impact. A full three-dimensional numerical model is developed and used to verify if the constitutive material models involved in this study are appropriate. Results show that the chosen models can adequately reproduce the real behaviour of EPS and micro-agglomerate cork. In the second part of this work, a three-dimensional road helmet model was developed and submitted to impact on different points, as specified on the European Standard. The application of micro-agglomerate cork in the protective padding of the helmet was numerically studied and the results, concerning the gravity centre of the head model, HIC values (injury criterion) and kinetic energy, using a protective padding with EPS or micro-agglomerate cork were thoroughly confronted and discussed. The maximum acceleration values of the gravity centre of the head model and the HIC values were verified to be within the established limits of the regulatory standard.