Icon up Overzicht

Numeriek crashen

Onderwerp: Arbeid en energie, Kracht en beweging, Modelleren, Rechtlijnige beweging, Werktuigbouw

Een auto die op een lantaarnpaal klapt, een bus die kantelt of een auto die een voetganger aanrijdt. Drie alledaagse voorbeelden van ongelukken in het verkeer die desastreuze gevolgen kunnen hebben. Mede hierom doet TNO (de Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk onderzoek, zie kader) onderzoek naar botsingen en andere gevaarlijke situaties in het verkeer.

Een numeriek model maken

Numerieke simulatie van een botsende auto. Van belang is hoe de energie en de daarbij behorende krachten bij botsen opgevangen worden door de constructie van de auto. Hierbij zijn natuurlijk onder andere de vorm van de kooi en de gebruikte materialen van invloed.

Krachten, stoot, impuls en energie bij botsingen? Lees meer over de natuurkunde van het botsen in de bijlessen
• Kracht, impuls en energie bij botsingen.
• Model van een botsing, de stoot.

Een model is eigenlijk niets anders dan een afspiegeling van de werkelijkheid. Een numeriek model berekent (vandaar numeriek!) voor bepaalde parameters weer andere outputparameters. Een parameter is een variabele waar het systeem van af hangt. Door de inputvariabelen te variëren, kom je dus te weten hoe een systeem zich gedraagt. Aan de hand van dit gedrag kun je tot een oplossing voor het probleem komen. Numeriek modelleren komt onder meer goed van pas in gevallen waar het moeilijk (of zelfs onmogelijk) is om experimenten uit te voeren. En je kunt een numeriek experiment zo vaak uitvoeren als je maar wilt. Dit is natuurlijk handig in het geval van botsingen! Uiteindelijk is het altijd goed om een model met echte experimenten te controleren. Kijk maar eens naar het onderstaande voorbeeld.

Crashmodellen kunnen op hun betrouwbaarheid worden getest door het model te vergelijken met een echt experiment. Bij sommige toepassingen is het experiment te duur of niet uitvoerbaar, dan is het prettig om te weten dat modellen wel betrouwbaar zijn in andere toepassingen.

Experiment alleen uitvoerbaar op computer? Bij onderzoek naar de kritische eigenschappen van alkanen door SHELL is het niet mogelijk om het experiment uit te voeren. Een numeriek model levert echter wel de gewenste informatie op. Meer daarover kun je lezen in kritieke eigenschappen van alkanen.

Verschillende parameters onderzoeken

Een ander voordeel van modelleren is dat je alle parameters onafhankelijk van elkaar kunt variëren. In een experiment kan dat niet altijd. Een voorbeeld ter illustratie: denk aan een vallende druppel en de impact die de druppel maakt als hij een oppervlak raakt. Deze impact is afhankelijk van de grootte van de druppel. Verander je echter de grootte, dan zal ook de valsnelheid veranderen vanwege de traagheidskrachten. In dit geval is het dus niet mogelijk in experimenten om één parameter (namelijk de druppelgrootte) onafhankelijk van een andere parameter (de valsnelheid) te veranderen. Dit kan wel in een numeriek model! [1]

De ‘kroon’ die ontstaat nadat een waterdruppel het wateroppervlak heeft doorbroken. Foto: Frans Vandemaele.

Meer over vallende druppels?
Weinig tijd.
Sommige druppels vallen omhoog.
De ene druppel is de andere niet.

voetgangersveiligheid

Weer even terug naar het verkeer…

Jongeren zijn kwetsbaar. Elk jaar brengen 1.300.000 ongevallen met lichamelijk letsel ruim 40.000 doden en 1.700.000 gewonden met zich mee. De kosten van dit bloedbad, zowel direct als indirect, worden geschat op 160 miljard euro, ofwel 2% van het BNP van de Europese Unie (EU). Bepaalde bevolkingsgroepen of gebruikerscategorieën zijn bijzonder kwetsbaar: jongeren van 15 tot 24 jaar (jaarlijks 10.000 verkeersdoden), voetgangers (7.000 doden ) en fietsers (1.800 doden). Bron: Europese unie

De voetgangersveiligheid is met behulp van een numeriek model gesimuleerd in dit filmpje. Het is duidelijk dat de autofabrikant veel kan doen aan de overlevingskansen van de voetganger.

Waarom is numeriek modelleren nu zo handig in verkeerssituaties? Neem nu eens het voorbeeld van een botsing tussen een auto en een voetganger. Jaarlijks gebeuren er veel van dit soort ongelukken. Misschien kan het aantal gewonden sterk naar beneden gebracht worden door een nieuw ontwerp van de bumper of zelfs de hele vorm van de voorkant van de auto. Een nieuw ontwerp kan met numerieke simulaties gevonden worden.

Wordt er ook getest met echte auto's? Jazeker, lees meer over dit onderzoek van TNO in het artikel TNO, de crashtest.

Een momentopname van een echte crashtest uitgevoerd door TNO.

TNO is in 1932 opgericht en is een zelfstandig onderzoeksinstituut. Het heeft echter wel nauwe banden met de overheid en ontvangt ook subsidie voor maatschappelijk relevant onderzoek. TNO richt zich op vijf kerngebieden, dit zijn:
• Kwaliteit van leven
• Defensie en veiligheid
• Industrie en techniek
• Ruimte en infrastructuur
• Informatie- en communicatietechnologie
Wil je meer weten over TNO, kijk dan op hun website: www.tno.nl en op deze site naar Over de brekingsindex, de NS en de marine..

Referenties

[1] Daniel Bonn (2004), Spray-depositie, NTvN 12, 384-388
[2] Informatie van TNO