Екипировка: Шлемове

[Tzero]

Екипировка:

Шлемове
текст: Давид Мильорини, Марко Марини

Да избереш шлем е много просто: трябва да изключиш китайските модели за 50 лева (при първия удар те могат да се разпаднат на парчета) и... да потърсиш буквата «Е» в кръгче по ремъка на шлема. Но как се правят и как се изпитват шлемовете, които са длъжни да осигурят безопасността на главите ни?

Твърдо и меко
Вече минаха повече от 40 години,откакто мотошлемът е задължителен според законите в много страни, но често решаващото при избора е не толкова степента на защита предлагана от шлема, колкото оригиналният вид или окраската. Преди всичко при избора на шлем е важно да се обърне внимание на неговата способност да поглъща колкото се може повече от енергията на удара, за да не достига тя до главата. А за това е нужно шлемът правилно да се деформира и даже частично да се разруши при удара.Енергията от  удара, която не достига до главата, фактически унищожава и деформира шлема. При това един  мощен и насочен удар се разпределя от шлема на няколко разсеяни и по-слаби.
И така, ние решихме да разберем, как се проектират и създават шлемовете, за да ви помогнем в правилната оценка при избора и покупката им.
Мотошлемът се състои от два слоя, направени от различни материали и изпълняващи различни функции. Свързани в процеса на изработката, те са длъжни да разпределят енергията на удара на максимална площ и едновременно с това да я поглъщат.Горният слой на шлема – твърдата обвивка-"черупката", е направена от различни  материали (термопласти или композити). От термопластите най-често се използва ABS (евтин, еластичен, но изисква малко по- големи дебелини на материала) или поликарбонат (по-добър,здрав, допускащ по-малка дебелина на използвания материал), или техни различни комбинации с междинни характеристики.
За  композитните материали се използват влъкна и тъкани от различни типове: стъкломат, кевлар, карбон, които понякога се армират с метална мрежа. Вторият компонент на композита– това е свързващия материал: тъканта може да бъде предварително пропита с него, или той може да бъде нанесен ръчно или автоматично. В ролята на свързващ материал се използват  полиуретанови, епоксидни смоли или термопластики с различни подобрители. Свързващите материяли определят характеристиките на готовото изделие примерно на 10%. Техният избор зависи от балансът между функционалност, цена, технологията на производство и условията на експлоатация.
Различията между композитната и термопластична черупка – е в цената, в теглото на изделието и обема на производството. Черупките от термопласти се отливат под налягане във форми за отливки, които са по-добри. Черупките от композитни материяли се изготвят по матрица, което е по-евтино. Повечето процеси се изпълняват ръчно, и стойността на материялите е по-висока. Затова и обемът на производство е по-малък, а това определя и по-високата цена на изделията от композитни материяли.
Вътрешният слой на шлема се прави, по принцип, от пенопласт с различни добавки. Той може да бъде с постоянна или променлива плътност, понякога се състои от няколко части. Задачата на  вътрешния слой – да поеме и омекоти резките  сътресения.
Процесът на проектирането на нов шлем започва, преди всичко, с избора на материяли и определяне на пазарната група, за която е предназначен продукта. Първоначално се правят скици, след това идва фазата на моделиране от глина или пластилин. По готовият модел се правят геометрични измервания, по които се изготвя щампата.
Този производствен способ е по-рискован, защото всичко зависи от производственият опит, позволяващ «на око» да се оцени формата, да се избере необходимата дебелина на материяла, за да може члемът добре да изпълнява своята функция. Предимството на метода е в това, че той позволява от самото начало на процеса  да се работи с реален физически модел
Две години за проект
За да разберем по-добре съвременния компютъризиран процес на проектиране на шлем, ние посетихме фабриката Omega в Тортоне, която се явява част от Италиано-Испанска промишлена група, имаща производства също в Източна Европа и Азия.
Италиянското отделение  на групата се занимава с проектиране на мото и вело шлемове. Проектирането се прави не само по задание на компанията, но и по заявки на други производители. В Тортоне се намират оборудване и лаборатории за проектиране и провеждане на всевъзможни тестове на готовата продукция. Там се провежда и официялната сертификация и хомологация на шлемовете.
Компютърното проектиране на нов шлем традиционно започва със скициране върху хартия. След избора на подходчщи варианти се преминава към дигитално моделиране. В 3D-програми за кратко време се изготвя дигитален модел – формата на бъдещия шлем. На монитора той изглежда напълно реалистично, на този етап той може да се визуализира напълно подробно, отвътре и отвън. След това моделът-форма се превраща в завършен тримерен обект с всичките си детайли.
Програмите, използвани за моделиране, се прилагат също в аерокосмическите области и в автомобилостроенето. Но макар и в авиацията да се използват подобни композити, продукцията не е разчетена да оцелее при авария. Съответно от материалите не се очаква зададено поведение при разнопосочни механически натоварвания. В автомобилестроенето, напротив, прилагат се структури от еднородни материали, предварително подложени на формуване. Там всичко е подчинено на една цел: да се погълне и разпредели енергията на  удара по пътя на зададена деформация на структурата .
Пред проектантът на шлема стои нелека задача: в обем много по-малък, отколкото при автомобила, да се създадът зони на предварително зададени деформации, позволяващи да се осигури висока степен на безопасност при сблъсък. Прилагането на материяли и технологии използвани при автомобилите тук е невъзможно  поради високите изисквания към теглото на материалите– шлемът се налага да се носи на главата.
Програмите, чрез които се проектира шлема, отчитат свойствата и механическите характеристики на материалите, които се предполага ,че ще се ползват. На  тях предварително се задават статически параметри (еластичност и съпротивление огъване, смачкване и разрыву) и динамически (удар). Виртуалните материали със зададени определени свойства позволяват да се премине от естетическия тримерен  модел-форма към реалистичен  модел на бъдещия шлем.
За провеждането на виртуални краш-тестове се симулират условия, аналогични на изпитанията по хомологацията. Виртуалният шлем се поставя на виртуална глава с определени размери и тегло  и след това виртуално се удря, пада  и роняют на него виртуальные тежести със зададена форма. През времето на тези изпитания може да възникне необходимост да се променят формата или размера на черупката, и в този период дизайнери  и изпитатели се налага да работят в тесен контакт.
Когато моделът удоволетворява изискванията при виртуалните тестове, започва изготвянето на прототип. Според параметрите на виртуалния модел и с помощта на лазер се слепят парчета  от найлон и стъкловлъкна, и се изготвя външната черупка , вътрешния слой се изготвя и формува от пенопласт. Прототипът е необходим за оценка на естетическите качества на бъдещия шлем.
За естетическата обработка на шлема са необходими от 2 до 24 месеца (този срок зависи от изискванията и нуждите на производителя), следващите 3-4 месеца са необходими за математически изчисления, след това още 2-3 месеца отиват за изготвянето на щампите за външната черупка и вътрешния слой от пенопласт. След тестването на първите изготвени образци още 1-2 месеца са нужни за коригиране на грешки и пропуски, които са неизбежни при проектирането. Коректно изпълненият математически модел гарантира 88% съотвтствие на промишления образец с резултатите от виртуалните тестове. При това е възможно да се симулират произволни деформации и повреди на всичките елементи на шлема,участващи в поглъщането на удара и взаимодействието помежду им....

следва продължение и картинки