Ανάλυση τροχαίων ατυχημάτων με χρήση υπολογιστικής προσομοίωσης

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματεύεται την ανάλυση των τροχαίων ατυχημάτων με μεθόδους υπολογιστικής προσομοίωσης. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η παρουσίασης μιας σειράς μεθόδων και τεχνικών για την αναπαράσταση ενός τροχαίου ατυχήματος με όσο το δυνατόν πιο ακριβή τρόπο. Για τον σκοπό αυτό μελετώνται διάφορα θέματα που υπεισέρχονται κατά την διαδικασία αυτή. Αρχικά, γίνεται μια εισαγωγή στη διαδικασία της αναπαράστασης των τροχαίων ατυχημάτων και παρατίθενται κάποιοι πίνακες με στατιστικά, ώστε να γίνει κατανοητή η αναγκαιότητα της ανάπτυξης και εφαρμογής συγκεκριμένων μεθόδων για την διαδικασία αυτή. Δίνεται επίσης έμφαση σε θέματα ακρίβειας μετρήσεων/αβεβαιότητας υπό την έννοια ότι εντάσσονται στην διαδικασία της αναπαράστασης με την μορφή υπολογισμών/μετρήσεων που απαιτούνται/λαμβάνονται για την διενέργεια αυτής. Στην συνέχεια, αναλύονται βασικές αρχές φυσικής επάνω στις οποίες στηρίζεται η ανάπτυξη των εν λόγω μεθοδολογιών. Αναλυόνται θέματα σχετικά με τα είδη των δυνάμεων που αναπτύσσονται στα ελαστικά στην διάρκεια της κίνησης του οχήματος πριν και κατά την διάρκεια του ατυχήματος ενώ γίνεται περιγραφή των διαφόρων ειδών κίνησης ενός οχήματος μέσω εξισώσεων. Έπειτα, έχοντας το θεωρητικό υπόβαθρο, παρουσίαζεται η μεθοδολογία που αφορά στα σημάδια εκτροπής, τα διάφορα είδη που μπορούν να σχηματιστούν επάνω στο οδόστρωμα καθώς και στον υπολογισμό της κρίσιμης ταχύτητας. Έπειτα, αναπτύσσεται η μεθοδολογία για την αναπαράσταση ενός τροχαίου ατυχήματος με ανατροπή στην περίπτωση που εμπλέκεται μόνο ένα όχημα. Έχοντας, ως υπόβαθρο την περίπτωση για ένα όχημα, περιγράφεται η θεωρία ώθησης και ορμής αρχικά για την περίπτωση σημειακών μαζών και στην συνέχεια η θεωρία της μηχανικής των συγκρούσεων όπου όλες οι δυνάμεις, ροπές και κινήσεις βρίσκονται σε ένα επίπεδο στην οποία στηρίζεται η αναπαράσταση ενός ατυχήματος για δύο εμπλεκόμενα οχήματα. Ακόμα, μελετάται και η περίπτωση σύγκρουσης ενός οχήματος με έναν πεζό, καταλήγοντας τέλος σε μια συγκριτική παρουσίαση μεθόδων αποτύπωσης τροχαίων ατυχήματων.

This thesis deals with the analysis of road accidents using computational simulation methods. The aim of this work is the presentation of a range of methods and techniques for the reconstruction of a traffic accident at the most accurate way. For this purpose, various aspects involved in this process are studied. Firstly, an introduction to the process of reconstruction of road accidents is given and then some statistics tables are presented in order to understand the necessity of developing and implementing specific methods for this process. Also special emphasis is given concerning precision in measurements and uncertainty since they are integrated in the process of reconstruction in the form of calculations /measurements. Furthermore, fundamental principles of physics are analyzed on which is the base for the development of these methodologies. In particular, we analyze issues related to the types of forces developed in the tires during vehicle motion before and during the accident. Simultaneously different types of motion of a vehicle and concepts like momentum, impulse, stopping distance are described using equations. Then, having the theoretical background, the methodology for the yaw marks is presented, the various types of marks that can be formed on the pavement and the calculation of the critical velocity. Moreover, the methodology for the reconstruction of a vehicular rollover accident is developed, in the case where only one vehicle is involved. For that purpose, the accident is seperated in three phases, each of which is analyzed separately with corresponding methods and an example rollover reconstruction is presented in which we apply everything mentioned so far. Having as background the case for one vehicle collision, the point-mass impulse-momentum theory and then the theory of planar impact mechanics are analyzed on which is based the reconstruction of an accident for two vehicles involved. At the same time, issues about the concepts of collision energy and speed variation and the case of frontal vehicle-pedestrian collsions are being studied. Finally, there is a comparative presentation of capturing methods for traffic accidents