Dissiper l'énergie dans un crash test?

[EspritTordu]

Bonjour,


Une voiture qui roule à 20m/s (72km/h) est stoppée par un mur. C'est l'accident. La voiture et tout ce qu'elle contient doit alors décélérer rapidement sur une course (un temps) minime (Qu'elle est la durée d'une décélaration lors d'un tel crash?s?ms?). Le corps du conducteur sans ceinture s'écrase contre le pare-brise ou le tableau de bord (il n'y a pas d'airbag)!). Maintenant avec la ceinture, le corps est immobile et lors de la déformation du système de ceinture pendant le choc, une partie de l'énergie à dissiper pour freiner le corps à 0 km/h est absorbée. Mais cela si cela est bénéfique, cela ne réduit pas doucement les efforts sur le corps et les organes qui, libres de mouvement à l'intérieur du corps, viennent s'écraser dangereusement sur l'enveloppe corporelle au sens large,non?

L'objectif des constructeurs automobiles est d'augmenter le temps du choc, donc la course de freinage : la ceinture augmente un peu la course par sa déformation, mais c'est surtout la déformation de l'avant du bloc moteur qui allonge le temps du choc, réduisant par là la violence de l'effort sur le corps qui est égal en somme, mais dilué sur un temps plus long donc moins risqué. Il faut mieux 1G sur deux secondes, plutôt que 2 sur une seconde, non?

J'en arrive à ma question : Ne serait-ce pas plus sécurisant d'augmenter la course de freinage du corps du conducteur en le faisant vibrer?
C'est-à-dire un mouvement de va-et-vient qui artificielement augmente le temps de freinage : une solution consisterait à amortir le siege du conducteur par ressorts et amortisseurs (un peu comme les roues) ; cela sous-entenderait que le conducteur et son siège ne fasse qu'un! D'ailleurs naturellement, c'est ce qui se passe à grande fréquence.

Qu'elle la fréquence mécanique que peut supporter un corps humain?

Merci d'avance.
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[invite3d779cae]

Il y a un systeme plus simple qui permet de ralonger le temps de décélaration du conducteur. La ceinture est fixé a une partie en metal plus ou moins prédécoupé, et lors du choc la tension sur la ceinture va littéralement déchirer cette piece métallique, de ce fait le conducteur n'est pas freiné d'un coup, il s'avance plus doucement vers le volant où l'airbag fini le travail d'amortissement.

[EspritTordu]

Oui, mais si l'enveloppe corporelle est freinée, les organes, eux, continuent leur course.

[invitea3eb043e]

La grande idée en matière de crash est d'imposer sur le corps du conducteur une force constante.
Ca se fait sur la carrosserie en calculant les éléments pour que la ruine soit progressive mais à force de freinage constante. Sur la ceinture, comme dit Jackyzgood, on met des limiteurs d'effort, ça ressemble à un couvercle de boîte de conserve qu'on déchire en tirant.

On évite soigneusement de mettre tout ce qui ressemble à un ressort. En effet, un ressort ne délivre aucune force au début et ça fait du déplacement perdu. Ensuite la force augmente et peut générer un pic dévastateur.
On manque de déplacement car on n'a pas beaucoup de place sous le capot et entre le conducteur et le pare-brise. Pour gagner de la place on met des prétensionneurs de ceinture qui plaquent le conducteur sur le siège afin que les limiteurs d'effort fonctionnent tout de suite à effort constant.

[A voir en vidéo sur Futura]

[cedbont]

Bonjour,
en Nascar, ce sont la voiture et le murs "mous" qui se "désintègrent" à l'impact : cela permet de libérer de l'énergie par déformation et en en laissant aux parties éjectées.

[EspritTordu]

En effet, un ressort ne délivre aucune force au début et ça fait du déplacement perdu. Ensuite la force augmente et peut générer un pic dévastateur

A moins que le ressort ne soit, par défaut, déjà tendu, non?

Jouer avec la fréquence du corps n'ouvre-t-il pas des perspectives de très grande course presque sans limite?

[inviteb836950d]

A moins que le ressort ne soit, par défaut, déjà tendu, non?

S'il est tendu, je ne vois pas bien à quoi il va servir !!

[invitea3eb043e]

A moins que le ressort ne soit, par défaut, déjà tendu, non?

Jouer avec la fréquence du corps n'ouvre-t-il pas des perspectives de très grande course presque sans limite?

La course dépend uniquement du volume de l'habitacle : entre la tête et le pare-brise mais aussi critiquement entre les genoux et la planche de bord et entre la porte latérale et le bassin. Donc à moins de rallonger et élargir le véhicule d'un mètre, je ne vois pas d'amélioration possible.
On peut pré-tendre un ressort mais la force ne sera pas constante.

Les organes dans le corps ont des fréquences naturelles, par exemple le coeur est accroché et va résonner vers 10 Hz (ce qui peut devenir très dangereux). Mais les durées de crash sont bien inférieures à ces périodes et un amortissement visqueux n'est pas envisageable.
Le gros problème dans un crash frontal est de protéger la tête et les genoux, ainsi que les organes intérieurs (éviter de coincer le foie et le pancréas entre la ceinture et la colonne vertébrale et pour cela éviter le sous-marinage où le corps glisse en-dessous de la ceinture, à l'arrière notamment).
Dans un choc latéral, la grosse difficulté c'est la cage thoracique, surtout chez les personnes âgées. Les femmes enceintes posent un autre problème.

Sans vouloir décourager les inventeurs amateurs, il faut bien se persuader de la complexité du problème, d'autant plus qu'on a affaire à une population hétérogène : des jeunes, des vieux, des grands, des petits...

[EspritTordu]

Faire des milliers d'aller-retour doit nécessairement augmenter la distance parcourue?

On évite soigneusement de mettre tout ce qui ressemble à un ressort. En effet, un ressort ne délivre aucune force au début et ça fait du déplacement perdu. Ensuite la force augmente et peut générer un pic dévastateur.

Un ressort ne délivre pas une force au début, une force de résistance (donc de dissipation d'énergie)?

[invitea3eb043e]

Ca, c'est en plus : la dissipation de l'énergie. En effet, un ressort accumule de l'énergie qu'il va restituer en rejetant le corps en arrière, d'où le coup du lapin fatal aux vertèbres cervicales. Mais la question portait surtout sur la constance de la force, un autre aspect d'un problème complexe.

[EspritTordu]

Il faut donc une grande fréquence pour réduire l'effort et le coup de lapin, non?

[invitea3eb043e]

Il faut surtout qu'il n'y ait pas de force de rappel et pas d'oscillation !

[obi76]

Ben remarque c'est pas bête ça, si j'ai bien saisi ce qu'il voulait dire.

Tu met un ressort prétendu, donc qui génererra une force dès le déplacement du siège.
lors du choc, le siège s'avancerrai, ce qui permettrai d'augmenter la distance nécessaire à ton corps pour s'arrêter.
En gros on diminuerai l'accélération d'une certaine valeur, mais elle durerrai deux fois plus longtemps.

A approfondir...

[EspritTordu]

Il faut surtout qu'il n'y ait pas de force de rappel et pas d'oscillation !

Est-ce vraiment sensible aux hautes fréquences?

[invitea3eb043e]

Est-ce vraiment sensible aux hautes fréquences?

C'est quoi, pour toi, une haute fréquence ? Un chiffre, STP.

[EspritTordu]

Aucune idée précise : mais un effort de 100 N se fait sur une seconde. Si on a une oscillation de l'ordre de la milliseconde, du millième, l'effort finalement est réduit à 0,1N à chaque coup d'oscillation, non?

[cedbont]

Je comprends pas trop ton raisonnement EspritTordu.

[EspritTordu]

Je vais essayer de résumer : Lorsqu'on à un choc, ici un choc purement frontal, la voiture fait chuter sa vitesse brutalement, disons de 100 a 0 km/h en raison de l'obstacle infranchissable. Dans ce freinage instantané du véhicule, tous les corps dans la voiture, dont une accélération précédente leur a donnés une vitesse aussi de 100 km/h, sont donc aussi condamnés à freiner aussi rapidement. Cela ne se fait pas sans casse, particulierement pour le corps humain assez fragile. Le danger d'une telle scène pour les occupants de la voiture, ce n'est pas tant l'effort en lui-même que la durée de celui-ci.
Une solution qui vient à l'esprit des constructeurs automobiles est à défaut de réduire l'effort du choc, assez disparate et difficile à prévoir et à diminuer, c'est d'allonger la course de freinage du véhicule. En allongeant ce temps, on diminue la "puissance" de l'effort et donc sa violence (et son impact dangereux). Dissiper l'énergie du véhicule dans la déformation est intéressante car l'énergie de déformation est assez gourmande. L'environnement se prête assez peu à cela, aussi faut-il alors penser à déformer la voiture elle-même. C'est la solution actuelle qui consiste littéralement à laisser plier le devant de la voiture, avec le bloc moteur compris. Le temps supplémentaire de la course de freinage gagné, accouplée à la déformation des prises de la ceinture dans le cadre de la voiture, permet d'allonger le temps de freinage des personnes.

Mais malgré ces grands progrès (dont l'airbag est une conséquence assez annexe), la course de freinage est toujours insuffisante et soumet encore le corps à une violente et continue force. Ce que le système actuel ne parvient pas à sécuriser en plus, c'est à l'image des corps mobiles dans la voiture, ce sont les organes à l'intérieur du corps qui se retrouvent donc sans ceinture de sécurité et viennent s'écraser , se perforer dans l'enveloppe corporelle, c'est-à-dire, la peau, le squelette ou encore la ceinture de sécurité elle-même au-delà (ou même s'écraser sous leur propre poids). Il me semble qu'aujourdhui, les hémoragies internes sont souvent encore la raison des décès dans la voiture : en somme (je ne suis pas très spécialiste de la chose), après un accident aujourd'hui, vous trouvez (çà n'arrive pas tous les jours heureusement) les corps en assez bonne forme (au sens propre) alors qu'ils sont morts de l'intérieur...

Alors je me demandais si on ne pourrait pas augmenter considérablement la course du corps en le faisant vibrer : des allers-retours sur des distances infinitésimales, qui additionnées allongeraient exponentiellement la dîte course de freinage. En somme, après le choc, le corps continue de vibrer pour dissiper l'énergie de freinage alors que le véhicule est stoppé.

(Pour un résumer, c'est un résumé, trois paragraphes !)
Voilà ce que j'ai en tête à priori. L'intérêt de la chose, si je ne me trompe pas, c'est finalement d'allonger le temps d'effort sur le corps, pour en réduire l'intensité et donc la violence dangereusement mortelle. Je me demandais pourquoi cela n'est-il pas envisagé sur la voiture ou d'autres engins comme les avions (de chasse!), si cela était possible, cela n'a pas plus de prétention que de comprendre la chose. D'ailleurs, certains souligneront qu'augmenter la durée de la course peut-être aussi léthale en raison de la fatigue des matériaux.

J'espère avoir éclaircit les choses

[invitea3eb043e]

Pour faire vibrer un corps, il faut lui appliquer une force alternative.
Sur une alternance la force s'ajoute à la force d'inertie, sur l'autre elle se retranche. Je ne vois pas où cela soulage quoi que ce soit. En plus, même si ça servait à quelque chose, il est à peu près impossible de faire vibrer à haute fréquence quelque chose d'aussi mou qu'un corps humain : il ne répond pas aux hautes fréquences.

[EspritTordu]

En somme, après le choc, le corps continue de vibrer pour dissiper l'énergie de freinage alors que le véhicule est stoppé.

Je voulais revenir sur ma phrase : les vibrations ne continuent pas nécessairement après coup.

Pour faire vibrer un corps, il faut lui appliquer une force alternative.
Sur une alternance la force s'ajoute à la force d'inertie, sur l'autre elle se retranche. Je ne vois pas où cela soulage quoi que ce soit. En plus, même si ça servait à quelque chose, il est à peu près impossible de faire vibrer à haute fréquence quelque chose d'aussi mou qu'un corps humain : il ne répond pas aux hautes fréquences.

Le squelette doit mieux répondre à de hautes fréquences.
Qu'en est-il si le ressort (par exemple) est un ressort de compression? Le ressort freine et l'inertie du ressort constitue une force de rappel.

[invite5d72aa81]

Le danger d'une telle scène pour les occupants de la voiture, ce n'est pas tant l'effort en lui-même que la durée de celui-ci.

Le danger est l'effort max. encaissé par le corps.
cet effort est proportionnel à la masse du conducteur (ou passager) et à la décélération due à l'impact.
comme on ne peut pas faire maigrir instantanement les gens, on essaye de limiter la décélération max en augmentant le tps d'impact.

En allongeant ce temps, on diminue la "puissance" de l'effort et donc sa violence (et son impact dangereux). Dissiper l'énergie du véhicule dans la déformation est intéressante car l'énergie de déformation est assez gourmande.
L'environnement se prête assez peu à cela, aussi faut-il alors penser à déformer la voiture elle-même. C'est la solution actuelle qui consiste littéralement à laisser plier le devant de la voiture, avec le bloc moteur compris. Le temps supplémentaire de la course de freinage gagné, accouplée à la déformation des prises de la ceinture dans le cadre de la voiture, permet d'allonger le temps de freinage des personnes.

OK. ce que tu appelle "la déformation des prises de la ceinture" c'est comme l'a expliqué jean-paul, le "decoupage" des limiteurs d'efforts comme des boites de sardines. on controle ainsi la tension de la ceinture et donc la deceleration du corps. De plus cet effort n'etant pas assez réparti sur le corps peut causer des lesions s'il est trop important (cotes cassées -> perforations des organes...). c'est la que l'airbag entre en jeu: la deceleration que n'a pas pu produire la ceinture (puisqu'elle se detend) est fournie par celui-ci de maniere bcp plus distribuée, étant répartie sur une plus grande surface du corps

Alors je me demandais si on ne pourrait pas augmenter considérablement la course du corps en le faisant vibrer : des allers-retours sur des distances infinitésimales, qui additionnées allongeraient exponentiellement la dîte course de freinage. En somme, après le choc, le corps continue de vibrer pour dissiper l'énergie de freinage alors que le véhicule est stoppé.

jean-paul a repondu sur la vibration.
j'ajouterai juste que le but n'est pas de faire parcourir "gratuitement" une plus grande distance mais bien d'augmenter la distance sur laquelle le corps est freiné. c'est entre autre pour ça que les ceintures sont equipées de prétensionneurs qui les plaquent sur le corps et les rendent actives dès les 1eres ms du choc.
De plus, note bien qu'un choc est un annulation voire une inversion du signe de la vitesse d'un corps (en cas de rebond) sur une periode tres courte, c'est à dire à haute frequence.

[sitalgo]

B'jour

Sur une alternance la force s'ajoute à la force d'inertie, sur l'autre elle se retranche. Je ne vois pas où cela soulage quoi que ce soit.

Exactement, on a donc davantage de chance de dépasser la limite de rupture de quelque chose. Ce n'est pas l'instant de relatif repos qui suit qui va réparer ce qui est cassé.

[invitec7a5c4ca]

le probleme dans un crash test n'est pas, le temps ou la distance mais le "rapport" des deux qui donne la décélération.

Comment passer d'un mouvement constant à vitesse constante dans une direction donnée à des mouvement vibratoires?? quel est ce mouvement vibratoire?
je pense que pour réaliser cela, il y a une accélération dans un sens ou dans autre que le corps ne risque pas de supporter....

bonne idée quand meme....

[EspritTordu]

Dans une voiture dépourvue d'airbag, par exemple une voiture auto-tamponneuse, lorsque vous percutez un obstacle, le corps va vers le volant, et si vous restez passif, le volant rejette le corps sur le siège. N'est-ce pas là un début d'un mouvement alternatif avec une grande fréquence?

Sur une alternance la force s'ajoute à la force d'inertie, sur l'autre elle se retranche

Sur une alternance, le ressort de compression exerce une force opposée, sur l'autre il renvoie une partie de l'énergie (l'autre étant dissipée en chaleur) sous une force opposée à celle de l'inertie du corps. Dans les deux phases, le corps est pris en sandwich, est compressé entre la force d'inertie due au freinage et les forces du ressorts, non?

Comment passer d'un mouvement constant à vitesse constante dans une direction donnée à des mouvement vibratoires?? quel est ce mouvement vibratoire?

Hummm, on prend appui sur la voiture en décélération pour changer de direction.

[invitec7a5c4ca]

bonjour à tous,

une question
Considérons un seul solide de 70kg, qui a un mouvement linéaire à vitesse constante, donc on connait son énergie cinétique.
On désire transformer son mouvement en oscillation.
quelle type d'oscillation?
quelle est l'accélération que va subir ce corps pour passer d'un mouvement linéaire dans une direction donnée à un mouvement oscillation??

je pense que cette question montre que le probleme revient à arreter un corps qui se deplace dans une direction donnée.....=crash test

[EspritTordu]

C'est un crash test c'est certain. Le mouvement d'oscillation impose un retour où le corps subit une telle force, sinon effectivement le corps décélérant resterait appuyé sur le ressort. je voyais cela comme une oscillation amortie.