자동차 에어백을 이용해서 내 몸을 발사할 수 있을까요?

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지난 몇 달 동안 재택 근무를 하면서 저는 TV 시청에 더 많은 시간을 할애하고 있습니다. TV를 정말 많이 봅니다. 항상 새로운 프로그램을 검색하고 제가 볼 수 있는 모든 영화를 다시 보고 있습니다.

그러던 중, 세스 로건과 잭 에프론이 주연한 2014년 코미디 영화 Neighbors를 보았습니다. 제가 가장 좋아하는 장면 중 하나는, 로건이 연기한 맥이 이웃의 하우스 파티를 경찰에 신고 한 후, 신고 당한 이웃 형제가 맥에게 일련의 장난을 치는 장면입니다. 맥은 이웃 형제가 아내의 차에 침입하여 에어백을 훔쳤다는 것을 듣게 되지만 사무실 의자에 앉기 전까지는 그 이유를 알지 못합니다.



“Neighbors Official Clip – The AirBags! (2014) Seth Rogen HD” YouTube, uploaded by MadOfficialTV, April 18, 2014

사무실 의자에 설치된 에어백은 맥을 공중으로 쏘아 올려서 천장에 세게 부딪힌 후 다시 책상으로 떨어지게합니다. 웬일인지 그는 헝겊 인형처럼 허공에 내던져지면서 신발마저 잃어버립니다.

정말로 에어백이 사람을 발사할까요? 확인해보겠습니다. 집에서 시도하지 마세요! 알테어 소프트웨어를 사용하면 정교한 물리 시뮬레이션이 가능합니다. 이는 가상 세스 로건을 얼마나 높이 발사 할 수 있는지 볼 수 있는 가장 좋은 방법이 될 것입니다. 에어백 바로 위에 앉아 에어백을 작동시키면 실제로 어떤 일이 일어날 지 시뮬레이션을 통해 알아보았습니다.

자동차의 운전석 에어백은 20~30밀리 초 만에 팽창하여 시속 200마일(320km/h 이상)의 속도로 나옵니다. 우리는 200 파운드의 성인 인체 모델이 앉을 의자 좌석에 에어백을 배치했습니다. 이 연구를 위해 우리는 동적 하중 하에서 고도의 비선형 문제에 대한 솔버인 Altair Radioss와 함께 Humanetics Hybrid II 50th Aero FE 더미 모델을 사용했습니다. 초기 에어백 상호 작용으로 인한 축 방향 척추 추력과 순전히 Z 방향으로 목에 가해지는 힘을 관찰하기 위해서 자동차 모델이 아닌 항공 우주용 더미를 사용하였습니다.



가상 더미 에어백 테스트

솔버를 실행하자, 가상 더미가 공중으로 던져져 8피트 높이의 천장과 격렬하게 충돌했습니다. 영화가 코믹한 요소를 극대화하기 위해 캐릭터를 과장 했을 것이라고 예상했지만 Neighbors는 실제 에어백 물리학을 놀랍도록 잘 표현했습니다.

영화와 현실의 유일한 차이점은 세스 로건이 겪는 부상일 수 있습니다. Radioss를 사용하여 더미의 머리, 목 및 척추에 작용하는 힘을 모델링 해보았습니다. 그림 1에서 머리 가속도가 250g 이상이고 머리 부상 기준 (HIC) 값이 3500 이상에 도달하는 것을 볼 수 있습니다. 자동차 충돌 테스트에서 엔지니어는 일반적으로 3밀리 초 동안 80g 이상의 머리 가속 값을 표시합니다. 자동차 충돌 테스트에서 허용되는 최대 HIC 값은 1000이며 이는 산업 안전 지침을 크게 초과합니다.

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그림 1 : 시간 경과에 따른 두부 가속 및 두부 손상 기준 (HIC)

그림 2에서는 천장의 충격이 더미를 척추 손상의 위험에 빠뜨릴 수 있는지 확인하기 위해 요추 힘을 살펴 보았습니다. 또한 척추에 가해지는 힘이 거의 8킬로뉴튼(KN)에 도달하는 것을 확인했습니다. 최대 힘은 몇 마이크로초 동안만 도달하지만 8KN은 1,800 파운드에 가까운 힘(800kg 이상)에 해당합니다.

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그림 2 : 시간 경과에 따른 요추 힘

마지막으로 목 부상 기준(Nij) 플롯이 그림 3에 나와 있습니다. Nij는 장력, 압축, 전방(굴곡) 굽힘 및 후방(신장) 굽힘의 네 가지 가능한 목 하중 모드를 결합하여 부상 가능성을 표현하는 공식입니다. 좋은 안전 등급을 위해 엔지니어는 Nij 수치 0.9 미만을 달성하는 것을 목표로 하고 있지만, 이번 실험의 데이터는 Nij 수치가 1.2로 매우 높으며, 이는 심각한 부상, 심지어 생명을 위협할 수도 있는 수준의 위험한 수치입니다.

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그림 3 : 시간에 따른 전단 및 축 방향 목 힘과 목 모멘트 (토크)

결과적으로, 에어백으로 인한 기습 비행의 시뮬레이션 물리학은 Neighbors의 영화 특수 효과와 일치하지만, 충돌 시뮬레이션에서 추출한 부상 위험 데이터는 이 비행이 실제로 얼마나 위험한 지 보여줍니다. 앞서 말했듯이, 절대 집에서 시도하지 마세요.


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Humanetics FE Dummy Models은 알테어 파트너 얼라이언스를 통해 알테어 사용자에게 제공됩니다. 매우 상세하고 검증된 유한 요소 충돌 더미 모델 모음은 충돌 테스트에 사용된 인체모형의 동작을 가상으로 시뮬레이션하여 인체 부상을 평가합니다. Radioss 충돌 시뮬레이션에서 이러한 더미를 사용하면 분석가가 가상 환경에서 구조 충돌성 및 승객 안전을 포함한 충돌 이벤트를 완전히 이해할 수 있습니다.

원문은 (여기)에서 만나보실 수 있습니다.

감사합니다.
한국알테어

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