Уже лет 40, как мотошлем обязателен по закону во многих странах, но часто решающим моментом при выборе является не столько уровень защиты, сколько оригинальный вид или раскраска. Однако в первую очередь при выборе мото шлема нужно обращать внимание на его способность как можно больше поглощать энергию удара, чтобы не доставалось голове. А для этого мото шлем должен правильно деформироваться и даже частично разрушаться при ударе. Энергия удара, которая не достигает головы, фактически уничтожает мотошлем. При этом один мощный направленный удар делится мотошлемом на несколько рассеянных и более слабых. Итак, мы решили узнать, как проектируются и изготавливаются мотошлемы, чтобы помочь вам в правильной оценке при выборе и покупке мотошлема. Мотошлем состоит из двух оболочек, изготовленных из разных материалов и выполняющих разные функции. Объединённые в процессе изготовления, они должны распределять энергию удара на максимальную площадь и одновременно поглощать её. Как поведет себя мото шлем при ударе?
Виртуальная модель состоит из множества базовых элементов. После крэш-теста мотошлема можно детально наблюдать деформацию наружной оболочки и внутреннего демпфирующего слоя из пенопласта. Наружная оболочка мото шлема - жёсткая скорлупа, изготовленная из разных материалов (термопластов или композитов). Из термопластов чаще всего используется ABS (дешёвый, эластичный, но требует несколько большей толщины материала) или поликарбонат (более дорогой, прочный, допускающий меньшую толщину материала), или их различные смеси с промежуточными характеристиками. Для композитных материалов используются волокна и ткани различного типа: стеклоткань, кевлар, карбон, которые иногда армируются металлической сеткой. Второй компонент композита - это связующий материал: ткань может быть предварительно им пропитана, он может быть нанесен вручную или автоматически. В качестве связующего используются полиуретановые, эпоксидные смолы или термопластики с различными присадками. Связующие материалы определяют характеристики готового изделия примерно на 10%. Их выбор зависит от баланса функциональности, цены, технологии производства и условий эксплуатации. Различия между композитной и термопластиковой оболочками - в цене, в весе изделия и объёмах производства. Оболочки мотошлемов из термопластиков штампуются под давлением в литьевые формы, которые весьма дороги. Оболочки из композитных материалов мото-шлемов изготавливаются по матрице, которая гораздо дешевле. Однако процессы в основном выполняются вручную, и стоимость исходных материалов гораздо выше. К тому же объёмы производства меньше, это тоже определяет более высокую цену изделия из композита.
Внутренний слой мотошлема изготавливается, как правило, из пенопласта с добавлением различных присадок. Он может быть постоянной или переменной плотности, иногда состоит из нескольких частей. Задача внутреннего слоя -демпфирование резких перегрузок. Процесс проектирования нового мото шлема начинается, прежде всего, с выбора материалов и определения сектора рынка, на который будет ориентирован продукт. Сначала делаются эскизы, затем наступает фаза моделирования в пластилине. По готовой модели делаются геометрические обмеры, по которым изготавливаются штампы.
Этот традиционный способ весьма рискованный, тут всё зависит только от производственного опыта, позволяющего «на глаз» оценить форму, выбрать необходимую толщину материала, чтобы мото шлем грамотно исполнил свои функции. Преимущество этого метода в том, что он позволяет с самого начала процесса работать с реальной физической моделью. Одна модель мото шлема и два года на его проект
Чтобы лучше понять современный компьютеризированный процесс проектирования мото шлема, мы посетим предприятие Omega в Тортоне, которое является частью Итало-Испанской промышленной группы, имеющей производство также в Восточной Европе и Азии. Тестирование мотошлема на удар о бордюрный камень
Анализ поведения математической модели, состоящей из тысяч базовых элементов. Элемент серого цвета симулирует бордюрный камень. Для поглощения энергии удара имеют значение не только деформация и смещение элементов, но и перенаправление ударной волны в другие зоны мото шлема. Итальянское отделение группы занимается проектированием мото и вело шлемов. Проектирование ведется не только по внутреннему заданию компании, но и по заказу для других производителей. В Тортоне находится оборудование и лаборатории для проектирования и проведения всевозможных тестов готовой продукции. Там же проводится официальная сертификация и омологация мото-шлемов. Зона удара мотошлема
Слева - внутренности мото шлема. Вверху - распространение ударной волны при боковом ударе: зона подбородка также участвует в поглощении энергии, хотя и находится на расстоянии от точки удара. Компьютерное проектирование нового мотошлема традиционно начинается с эскизов на бумаге. После выбора подходящих вариантов переходят к математическому моделированию. В 30-программах в короткое время строят математическую модель - форму будущего мотошлема. На экране он выглядит вполне реалистично, уже на этом этапе его можно подробно визуализировать со всеми деталями и отверстиями, вплоть до наклеек, уплотнителей и вариантов раскраски. Затем модель-форма мотошлема превращается в законченный трёхмерный объект со всеми деталями. Материалы для мотошлемов
Стекловолокно, карбон, кевлар: слева заготовки мото шлемов из стекловолокна и полиэфирной смолы, слева вверху - из чистого карбона с эпоксидной смолой. Программы, используемые для моделирования, применяются также в аэрокосмической области и в автомобилестроении. Однако в авиации хоть и используются похожие композиты, продукция не рассчитана на выживание при авариях. Соответственно от материалов не требуется заданного поведения при разнонаправленных механических нагрузках. В автомобилестроении, напротив, применяют структуры из однородных материалов, предварительно подвергнутых формованию из пластин. Там всё подчинено одной цели: поглотить и распределить энергию удара путём запрограммированной деформации структуры. Перед проектировщиками мото-шлема стоит непростая задача: в объёме гораздо меньшем, чем у автомобиля, создать зоны программируемой деформации, позволяющие обеспечить высокий уровень безопасности при столкновении. Однако использование «автомобильных» материалов и технологий здесь невозможно по причине жёстких требований к весу изделия - мотошлем придётся носить на голове. Повреждение мотошлема есть, даже если его не видно
Изображение разреза материала оболочки с сотовой структурой под микроскопом до и после ударного теста. Снаружи кажется, что материал только поцарапан, внутри же видны значительные повреждения. В этом месте прочность оболочки снижена. Мотошлем - ведь одноразовая! Программы, в которых проектируется мотошлем, учитывают свойства и механические характеристики материалов, которые предполагается использовать. В них заранее вводятся статические параметры (эластичность и сопротивление изгибу, сжатию и разрыву) и динамические (удар). Виртуальные материалы с заданными определёнными свойствами позволяют перейти от эстетической трёхмерной модели-формы к реалистичной модели будущего шлема. Вся структура виртуального мото шлема состоит из маленьких элементов, соединённых между собой и образующих сетку. Для проведения виртуальных крэш-тестов симулируются условия, аналогичные испытаниям при омологации.
Изображение материалов внешней оболочки различной плотности. ABS (внизу) и поликарбонат (сверху) реагируют на удар по-разному. Виртуальный мотошлем надевают на виртуальную голову с определёнными размерами и весом и затем виртуально бьют, заставляют падать и роняют на него виртуальные наковальни заданной формы. Во время этих испытаний может возникнуть необходимость изменить форму или размеры оболочки, и в этот период дизайнерам и испытателям приходится работать в тесном контакте.
Когда модель станет удовлетворять требованиям виртуальных тестов, начинается изготовление прототипа мотошлема. По параметрам виртуальной модели при помощи лазера спекается порошок из нейлона и стекловолокна, и синтезируется наружная оболочка (технология трёхмерного «выращивания» объекта - прим. перев.), внутренний слой изготавливается фрезерованием из пенопласта. Прототип необходим для оценки эстетических качеств будущего мотошлема. На эстетическую проработку требуется от двух до 24-х месяцев (этот срок зависит от взыскательности и требовательности производителя), следующие три-четыре месяца необходимо выделить для математических расчётов, затем ещё два-три месяца занимает изготовление штампов для оболочки и внутреннего слоя из пенопласта. После тестирования первых образцов ещё один-два месяца уходит на ликвидацию просчётов и ошибок, которые неизбежны при проектировании. Корректно реализованная математическая модель мото шлема на 88% гарантирует соответствие промышленного образца результатам виртуальных тестов. При этом есть возможность симулировать любые деформации и повреждения всех элементов мотошлема, участвующих в поглощении удара, и их взаимодействие между собой. В расчётах обязательно учитываются возможные производственные погрешности, такие как непостоянная плотность пенопласта внутреннего слоя или смещения элементов друг относительно друга в процессе сборки, а также возможные вариации в дизайне изделия.
Характеристики мотошлема в промышленном исполнении должны соответствовать всем требованиям даже в наихудшем сочетании всех погрешностей и ошибок, которые неизбежно проявляются в производстве. Крэш тест мотошлема? ОБЯЗАТЕЛЬНО!
На европейском рынке действуют нормативы ECE/ONU 22 (принятые в мае 2000 года), в Америке же продаваемые мотошлемы должны соответствовать требованиям DOT SS218, действующим ещё с 1985 года. С момента принятия DOT американские конструкторы мотошлемов сертифицируют свою продукцию самостоятельно. Для соответствия же нормам ЕСЕ все омологационные тесты должны проводиться под контролем представителя Министерства транспорта.
