Cílem této práce je navrhnout univerzální přilbu pro více různých sportů s použitím moderních materiálů a návrhových postupů. Byla provedena analýza současného stavu trhu se sportovními přilbami, konstrukcí přileb, bezpečnostních nároků, potenciálních uživatelů a jejich požadavků. Část práce týkající se materiálů použitých k návrhu přilby je zaměřena na vláknové uhlíkové kompozity, expandovaný polystyren a D3O. Zabývá se teoretickými analytickými a numerickými modely těchto materiálů a tlakových a rázových experimentů, jež byly zapotřebí pro identifikaci materiálových parametrů pro modely pomocí optimalizačního algoritmu. Závěrečná kapitola je zaměřena na návrh mutifunkční přilby reflektující vybrané materiály a požadavky vzešlé z analýzy uživatelů. Poslední část je zaměřena na modelování normalizovaných zkušebních testů metodou konečných prvků a vyhodnocením výsledků. Ty ukázaly, že multifunkční přilba může být rámcově navržena použitou metodou tak, aby splnila bezpečnostní požadavky přičemž je zapotřebí minimum drahých experimentů v rámci návrhového procesu.
Annotation in English
The aim of this work is to design versatile helmet for various sports using modern materials
and design procedures. Regarding this, thesis contains a chapter focused on analysis
of current market state, helmet cosntructions, safety requirements, potentiall users and
their demands. The next part concerning materilals is focused on carbon bre reinforced
plastics, expanded polystyrene and D3O. It deals with theoretical analytical and numerical
modeling of these materials and pressure and impact experiments needed for identication
of material parameters by optimization algorithm. Final chapter is focused on the design of
the versatile helmet re
ecting selected materials and requirements obtained in the analysis
in the rts chapter. The last part deals with nite element modeling of the standartized
impact tests of the nal helmet design and it's evaluation. Results showed that versatile
helmet can generally be designed by proposed methods to t the safety requirements
whereas the minimum of expensive experiments is needed during the design process.
Keywords
multifunkční přilba, analýza uživatelů, CFRP, EPS, D3O, Metoda Konečných Prvků, elastoplastický model, viskoelastický model, kritérium Hashin, EN 1078, EN 12 492, EN 1384, EN 966, EN 1077, EN 1385
Keywords in English
versatile helmet, user value analysis, CFRP, EPS, D3O, Finite Element
Analysis, elastoplastic model, viscoelastic model, Hashin criterion, EN 1078, EN 12 492,
EN 1384, EN 966, EN 1077, EN 1385
Length of the covering note
88s
Language
AN
Annotation
Cílem této práce je navrhnout univerzální přilbu pro více různých sportů s použitím moderních materiálů a návrhových postupů. Byla provedena analýza současného stavu trhu se sportovními přilbami, konstrukcí přileb, bezpečnostních nároků, potenciálních uživatelů a jejich požadavků. Část práce týkající se materiálů použitých k návrhu přilby je zaměřena na vláknové uhlíkové kompozity, expandovaný polystyren a D3O. Zabývá se teoretickými analytickými a numerickými modely těchto materiálů a tlakových a rázových experimentů, jež byly zapotřebí pro identifikaci materiálových parametrů pro modely pomocí optimalizačního algoritmu. Závěrečná kapitola je zaměřena na návrh mutifunkční přilby reflektující vybrané materiály a požadavky vzešlé z analýzy uživatelů. Poslední část je zaměřena na modelování normalizovaných zkušebních testů metodou konečných prvků a vyhodnocením výsledků. Ty ukázaly, že multifunkční přilba může být rámcově navržena použitou metodou tak, aby splnila bezpečnostní požadavky přičemž je zapotřebí minimum drahých experimentů v rámci návrhového procesu.
Annotation in English
The aim of this work is to design versatile helmet for various sports using modern materials
and design procedures. Regarding this, thesis contains a chapter focused on analysis
of current market state, helmet cosntructions, safety requirements, potentiall users and
their demands. The next part concerning materilals is focused on carbon bre reinforced
plastics, expanded polystyrene and D3O. It deals with theoretical analytical and numerical
modeling of these materials and pressure and impact experiments needed for identication
of material parameters by optimization algorithm. Final chapter is focused on the design of
the versatile helmet re
ecting selected materials and requirements obtained in the analysis
in the rts chapter. The last part deals with nite element modeling of the standartized
impact tests of the nal helmet design and it's evaluation. Results showed that versatile
helmet can generally be designed by proposed methods to t the safety requirements
whereas the minimum of expensive experiments is needed during the design process.
Keywords
multifunkční přilba, analýza uživatelů, CFRP, EPS, D3O, Metoda Konečných Prvků, elastoplastický model, viskoelastický model, kritérium Hashin, EN 1078, EN 12 492, EN 1384, EN 966, EN 1077, EN 1385
Keywords in English
versatile helmet, user value analysis, CFRP, EPS, D3O, Finite Element
Analysis, elastoplastic model, viscoelastic model, Hashin criterion, EN 1078, EN 12 492,
EN 1384, EN 966, EN 1077, EN 1385
Research Plan
Rešerše současného stavu řešení přileb.
Výběr sportů a činností, pro které by mohla sloužit jedna multifunkční přilba.
Návrh koncepce a tvaru multifunkční přilby.
Vyšetření typů a velikostí zatížení, na které musí být přilba uzpůsobena.
Vytvoření výpočtového modelu přilby metodou konečných prvků.
Pomocí vytvořeného modelu navrhnout materiálovou skladbu přilby.
Research Plan
Rešerše současného stavu řešení přileb.
Výběr sportů a činností, pro které by mohla sloužit jedna multifunkční přilba.
Návrh koncepce a tvaru multifunkční přilby.
Vyšetření typů a velikostí zatížení, na které musí být přilba uzpůsobena.
Vytvoření výpočtového modelu přilby metodou konečných prvků.
Pomocí vytvořeného modelu navrhnout materiálovou skladbu přilby.
Recommended resources
Hinton, M.J., Daddour, A.S., Soden, P.D.: Failure Criteria in Fibre Reinforced Polymer Composites: The World-Wide Failure Exercise. Elsevier, 2004.
Deleo, F., Feraboli, P.: Craschworthiness energy absorption of carbon fiber composites: experiment and simulation. University of Washington,
Seattle, WA 98195-2400.
Feraboli, P., Deleo, F., Garattoni, F.: Efforts in the Standardization of Composite Materials Crashworthiness Energy Absorption, Aeronautics
and Astronautics, University of Washington.
Laš, V., Zemčík, R., Kroupa, T., Kottner, R.: Failure Prediction of Composite Materials. Bulletin of Applied Mechanics 4 (14), 81-87, 2008.
Norman , D. A.: The design of everyday things. Basic Books, 2002.
Platné evropské normy o ochranných přilbách.
Recommended resources
Hinton, M.J., Daddour, A.S., Soden, P.D.: Failure Criteria in Fibre Reinforced Polymer Composites: The World-Wide Failure Exercise. Elsevier, 2004.
Deleo, F., Feraboli, P.: Craschworthiness energy absorption of carbon fiber composites: experiment and simulation. University of Washington,
Seattle, WA 98195-2400.
Feraboli, P., Deleo, F., Garattoni, F.: Efforts in the Standardization of Composite Materials Crashworthiness Energy Absorption, Aeronautics
and Astronautics, University of Washington.