Wstępne badania degradacji mechanicznej materiałów wkładek absorbujących energię uderzenia wykorzystywanych w hełmach strażackich

• Autorzy: Pieniak D. , Walczak A.

Warianty tytułu

EN

Preliminary Studies of Mechanical Degradation of Materials Used for Inserts Absorbing Impact Energy in Firefighters’ Helmets

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Do podstawowych funkcji hełmu strażackiego należy przechwycenie energii obciążenia zewnętrznego i jej rozproszenie w sposób bezpieczny dla strażaka ratownika. Wkładka absorpcyjna to drugi element, po skorupie, absorbujący energię uderzenia. Wykonana jest zwykle ze sztywnych materiałów porowatych, np. pianki poliuretanowej lub styropianowej. Wkładka często oddzielona jest od głowy wyłącznie cienką siatką, przez co podczas cyklicznego wkładania hełmu na głowę, w wyniku kontaktu, powstają cykliczne obciążenia eksploatacyjne. Ponadto w trakcie działań ratowniczo -gaśniczych, często dochodzi do niskoenergetycznych uderzeń hełmem, np. w przeszkodę w zadymionym pomieszczeniu. Cykliczne naprężenia ściskające, powstające w materiale wkładki, mogą powodować lokalne zmiany w strukturze materiału, np. lokalne zagęszczenie pianki w wyniku deformacji. W wyniku deformacji może zmienić się zdolność materiału wkładki do przenoszenia obciążeń krytycznych. W odniesieniu do materiału absorbera stawiane jest wymaganie, aby naprężenie przy uderzeniu nie przekraczało wartości granicznej, przy jednoczesnym uzyskaniu jak największej wartości pochłoniętej energii (jak największego pola pod wykresem naprężenie – odkształcenie). W obecnie wytwarzanych hełmach właściwość ta może być odmienna od charakteryzującej struktury hełmów użytkowanych przez kilka lat. Degradacja mechaniczna struktury materiału wkładki amortyzującej może prowadzić do pogorszenia właściwości absorpcyjnych. Dotychczas prowadzi się niewiele badań w tym kierunku. Jednakże jest to istotny problem, choćby z tego powodu, że uszkodzenia wkładki amortyzującej są trudne do wykrycia i zazwyczaj nie są podstawą do wycofania hełmu z eksploatacji.

EN

A basic function of firefighter’s helmet is to absorb the energy of external load and disperse it in a safe manner for a firefighter. The absorptive insert is a second component after helmet’s shell absorbing impact energy. It is usually made of a rigid porous material such as for example polyurethane or polystyrene foam. The insert is often separated from the firefighter’s head only with a thin mesh, thus due to a repeated insertion of the helmet, the cyclic operational loads occur. Additionally, during the rescue and firefighting operations, the low energy impacts with helmet occurs e.g. hitting an obstacle in a smoky room. The cyclic compressive stresses taking place in the insert material can cause local changes in the material structure e.g. local foam compaction due to deformation. As a result of the deformation, an ability of the insert material to transfer critical loads can be changed. With regards to the absorber’s material, it is required that tension on impact does not exceed critical value reaching at the same time the highest value of absorbed energy (the largest area under stress – strain graph). In nowadays produced helmets this property can differ from the structure of the older helmets in use. Mechanical degradation of insert material structure can lead to the deterioration of absorptive properties. So far, there are not many studies concerning that problem. However, it is a crucial problem even if by the reason of the fact that the damages of the insert are difficult to detect and usually are not the basis for the withdrawal of the helmets from the operational use.

Słowa kluczowe

PL

hełm strażacki; próba ściskania

EN

firefighter’s helmet; compression test

• Wydawca: Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 61 (tom 1) (1)
• Strony: 121--135
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pieniak D.

• Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego Szkoła Główna Służby Pożarniczej

autor

Walczak A.

• Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego Szkoła Główna Służby Pożarniczej

Bibliografia

• [1] Bednarek Z., Drzymała T. Zagrożenie występowania eksplozyjnego odpryskiwania betonu w czasie pożaru w tunelach komunikacyjnych. Konferencja Naukowo -Techniczna „Transcomp 2015”.
• [2] Jamroziak K. Próba oceny urazu głowy w ochronie balistycznej miękkiej. Modelowanie Inżynierskie 2011, nr 42, s. 179 –190.
• [3] Jankowski M., Kotełko M. Doświadczalna identyfikacja związków fizycznych w piankach poliuretanowych. Przegląd Mechaniczny 2010, nr 4, s. 30–33.
• [4] Klasztorny M., Małachowski J., Dziewulski P., Nycz D., Gotowicki P. Badania eksperymentalne i modelowanie piany aluminiowej Alporas. Modelowanie Inżynierskie 2011, nr 42, s. 97 –112.
• [5] Lisiecki J., Błażejewicz T., Kłysz S., Gmurczyk G. Wytworzenie i badanie elastycznej pianki pouliretanowej o ujemnym współczynniku Poissona. Modelowanie Inżynierskie 2011, nr 42, s. 241 –248.
• [6] Liu D.,Chang C., Fan C., Hsu S. Influence of environmental factors on energy absorp- tion degradation of polystyrene foam in protective helmets. Engineering Failure Analysis 2003, nr 10, s. 581–591.
• [7] Pawłowski K. Rozprawa doktorska pt. Systemy adaptacyjnej absorpcji obciążeń udarowych. Instytut Podstawowych Problemów Techniki, Warszawa 2011.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)