বডি ইচ্ছাকৃতভাবে কেন বিকৃত হয়? ক্রাম্পল জোন ইঞ্জিনিয়ারিং

Crumple zone অর্থাৎ সচেতনভাবে বিকৃত হওয়ার অঞ্চল, সংঘর্ষের মুহূর্তে গাড়িটি ইচ্ছাকৃতভাবে চাপা খেয়ে সংঘর্ষের শক্তি শোষণ করার জন্য ব্যবহৃত একটি কাঠামোগত নিরাপত্তা অঞ্চল। অর্থাৎ আমাদের গাড়ির চাপা খাওয়া কোনো ত্রুটি নয়, বরং এটি প্রকৌশলীদের সবচেয়ে বড় উপহার: বডিটি নিজেকে উৎসর্গ করে, যাত্রী কেবিন সুরক্ষিত থাকে। কিন্তু একটি ধাতু এত বুদ্ধিমানভাবে কীভাবে চাপা খাওয়ার জন্য ডিজাইন করা হয়? এই পৃষ্ঠায় ঠিক এই বিষয়েই আমরা আলোচনা করব।

চাপা খাওয়া কেন জীবন বাঁচায়? পদার্থবিজ্ঞানের নির্মম কিন্তু স্পষ্ট উত্তর

প্রথমে আমাদের মাথার মধ্যে থাকা দারুণ প্রশ্নটি পরিষ্কার করি: "গাড়ি মজবুত হলে আমি নিরাপদ, তাই না?" না! সংঘর্ষ পদার্থবিজ্ঞানের সোনার নিয়ম হলো: মোমেন্টামের পরিবর্তন ধ্রুবক, কিন্তু এই পরিবর্তন যত দীর্ঘ সময়ে ঘটে, সেই সময়ে প্রযুক্ত বল তত কম হয়। সূত্রটি F·t = m·v আকারে সংক্ষেপে লেখা যায়; অর্থাৎ গড় বল, প্রয়োগের সময়ের ব্যস্তানুপাতিক।

এবার এটিকে বাস্তব জীবনের সাথে যুক্ত করি। ভাবো তুমি দেয়ালের দিকে দৌড়াচ্ছ এবং থামতে না পেরে ধাক্কা খেয়ে গেছ - দুটি পরিস্থিতি আছে: হয় শক্ত দেয়ালে, নয়তো বিশাল একটি কার্টনের বাক্সে। কার্টনটি চাপা খেয়ে তোমাকে ধীরে যাওয়ায়, দেয়াল আপনাকে হঠাৎ থামিয়ে দেয়। একই ইমপালস, সম্পূর্ণ আলাদা ফলাফল। এমনকি সম্পূর্ণ স্থিতিস্থাপক, অর্থাৎ প্রতিফলিত সংঘর্ষে গাড়ি এবং এর ভেতরের জিনিসপত্রের উপর প্রযুক্ত ইমপালস দ্বিগুণ পর্যন্ত হতে পারে; Crumple zone ঠিক এটাই প্রতিরোধ করার জন্য বিদ্যমান।

Crumple zone একসাথে দুটি কাজ করে: সংঘর্ষের প্রাথমিক বল হ্রাস করে এবং অবশিষ্ট বলটি যাত্রীর কাছে পৌঁছানোর আগেই পুনরায় বিতরণ করে। গতিশক্তি, longitudinal নামে পরিচিত সামনের ফ্রেম রেল এবং crush টিউবগুলোর ভেতরের দিকে ভাঁজ হওয়ার মাধ্যমে তাপশক্তি এবং কাঠামোগত বিকৃতি শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। চাপা খাওয়া ধাতুটি এক ধরনের শক্তি শোষণকারী স্পঞ্জের ভূমিকা পালন করে। একদম যুক্তিসঙ্গত, তাই না?

Bela Bárenyi এবং ইতিহাসের সেরা "খারাপ ধারণা"

Mercedes প্রকৌশলী Bela Bárenyi তার যুগে প্রচলিত "নিরাপদ গাড়ি শক্ত (rigid) হতে হবে" এই মতকে প্রশ্ন করে ইতিহাসে জায়গা করে নিয়েছিলেন। 1937 সালে প্রথম ধারণাটি এবং 1952 সালে এর বিকশিত রূপটি প্যাটেন্ট করেন। তার প্রতিভার সবচেয়ে বড় বিষয় ছিল, বডিটিকে তিন ভাগে ভাগ করা: মাঝখানে শক্ত একটি যাত্রী কেবিন, এবং সামনে ও পিছনে ইচ্ছাকৃতভাবে বিকৃত হওয়া অঞ্চল।

1953 সালের Mercedes "Ponton" ছিল এই ধারণাগুলোর আংশিক বাস্তবায়ন; আর প্রথম সম্পূর্ণ বাস্তবায়ন এসেছিল 1959 W111 "tail fin"-এ। সেই মডেলে বডির মাঝামাঝি অংশটি সমতল ও শক্ত একটি নিরাপত্তা সেল হিসেবে, আর সামনের ও পিছনের সাপোর্টগুলো বাঁকা থেকে বিকৃত হয়ে শক্তি শোষণ করবে এভাবে ডিজাইন করা হয়েছিল। এরপর দ্রুত বিকশিত হয়: লম্বা দিকের সদস্যগুলোতে উল্লম্ব ও অনুভূমিক খাঁজসহ দুর্বল করা টেলিস্কোপিক "crash can" কাঠামো যুক্ত করা হয়েছিল, আর Volvo 1990-এর দশকের শুরুতে SIPS নামের পার্শ্ব সংঘর্ষ সুরক্ষা ব্যবস্থার মাধ্যমে পাশের crumple zone ধারণাটি নিয়ে আসে।

এটি কতটা পার্থক্য গড়ে দিয়েছে তা দেখানো একটি কিংবদন্তি পরীক্ষাও আছে: 1959 মডেলের একটি Chevrolet Bel Air এবং 2009 মডেলের একটি Malibu-র অফসেট সংঘর্ষ পরীক্ষা আধুনিক নকশার কতটা শ্রেষ্ঠত্ব তা সম্পূর্ণ উন্মোচন করে দেখাল। পুরনো গাড়ির কেবিন চুরমার হয়ে গিয়েছিল; নতুন গাড়িতে কেবিন অক্ষত ছিল। অর্থাৎ "আগের দিনে গাড়ি পাথরের মতো ছিল" বাক্যটি ঠিক বিপরীতটাই দেখায়: পাথরের মতো গাড়ি, পাথরের মতো ধাক্কা যাত্রীর কাছে পৌঁছে দেয়।

চ্যাসিস কীভাবে নকশা করা হয়? নরম অঞ্চল ও শক্ত সেলের ভারসাম্য

প্রকৌশলের সবচেয়ে মার্জিত ভারসাম্য এখানেই শুরু হয়। সব জায়গা সবচেয়ে শক্ত ইস্পাত দিয়ে বানালে শক্তি শোষণকারী কিছুই থাকে না, ধাক্কা সরাসরি যাত্রীর কাছে চলে যায়। সব জায়গা নরম করলে কেবিন চাপা পড়ে যায়। তাই বডিটি যেন একজন অভিজ্ঞ রসায়নবিদের পরীক্ষানলের মতো অঞ্চলে বিভক্ত করা হয়: বিকৃতি অঞ্চলে সহজে চাপা পড়া নরম ইস্পাত ও অ্যালুমিনিয়াম ব্যবহৃত হয়, আর যাত্রী সেলে ব্যবহৃত হয় আল্ট্রা উচ্চ শক্তির ইস্পাত ও বোরন অ্যালয়।

Crashworthiness নকশার মূল কথাও ঠিক এটাই: সংঘর্ষে গাড়ির গতিশক্তি শোষণ করার জন্য crumple zone-কে আগে থেকেই মিলিমিটার পর্যন্ত সূক্ষ্মভাবে সামঞ্জস্য করা। ভালোভাবে নকশা করা একটি crush zone-এ বিকৃতি কেবল নির্বাচিত স্থানে এবং নিয়ন্ত্রিতভাবে বাড়ে, যাতে সর্বোচ্চ শক্তি শোষণ নিশ্চিত করা যায়। অর্থাৎ চাপা পড়া কোনো দৈব ঘটনা নয়, এটি প্রকৌশলীর আঁকা মানচিত্র অনুসরণ করে এগিয়ে যায়।

AHSS: শক্ত ও হালকা উপাদানের ভারসাম্য

"কিন্তু শক্ততা আর চাপা পড়ার ক্ষমতা একই গাড়িতে কীভাবে ধরে?" - আপনি জিজ্ঞেস করতে পারেন। উত্তর রয়েছে উপাদান বিজ্ঞানে: উন্নত উচ্চ শক্তির ইস্পাত (AHSS) সংঘর্ষের শক্তি ব্যবস্থাপনায় ক্লাসিক HSLA ইস্পাতের চেয়ে ভালো পারফরম্যান্স দেয় এবং আরও ভালো গঠনযোগ্যতাও প্রদান করে। উচ্চ শক্তির ইস্পাতের পাত, mild steel-এর চেয়ে বেশি ফলন ও ভাঙন শক্তির অধিকারী; এটি সুরক্ষা সেলকে শক্তিশালী করার পাশাপাশি বডি হালকা করার পথও খুলে দেয়। বর্তমান AHSS গ্রেডগুলো কাঠামোগত ওজন 25% পর্যন্ত কমাতে পারে, যা জীবনচক্রের CO2 নির্গমন 15% পর্যন্ত কমায়। অর্থাৎ সুরক্ষা আর দক্ষতা একে অপরের হাত শক্ত করে ধরে।

ছোট কিন্তু গুরুত্বপূর্ণ আরেকটি অংশও আছে: crash box, অর্থাৎ crash tube। বাম্পার মাউন্টিংয়ে ব্যবহৃত এই ফাঁপা ইস্পাত প্রোফাইলগুলো প্রায় 20 কিমি/ঘণ্টা পর্যন্ত হালকা সংঘর্ষে নিজের আকৃতি গুটিয়ে শক্তিকে রূপান্তরিত করে এবং মূল ভারবহনকারী কাঠামোর ক্ষতি রোধ করে। পার্কিংয়ে হালকাভাবে ধাক্কা খাওয়া গাড়ির দিকে তাকিয়ে "বাম্পার নতুনের মতো, আমরা ভাগ্যবান" বলার সেই মুহূর্তের পেছনে গুরুতর একটি প্রকৌশল লুকিয়ে আছে। রেসের জগৎও চুপ নেই: অ্যালুমিনিয়াম, কার্বন ফাইবার হানিকম্ব বা শক্তি শোষণকারী ফোম দিয়ে তৈরি impact attenuator-গুলো যাত্রীবাহী গাড়ির চেয়ে অনেক ছোট আয়তন ও ওজনে শক্তি ছড়িয়ে দেয়। আর একটি মজার বিষয়: বৈদ্যুতিক গাড়ির সামনে ইঞ্জিন ব্লক না থাকায় প্রকৌশলীরা আরও গভীর সামনের crumple zone নকশা করতে পারেন।

পাওয়ার ট্রান্সফার পথসমূহ: শক্তি যাতে যাত্রীর কাছে না পৌঁছায় সেজন্য আঁকা রুটি

শক্তি শোষণ করাই যথেষ্ট নয়; শোষণ করা যায়নি এমন অংশকেও সঠিক ঠিকানায় পরিচালিত করা প্রয়োজন। এখানেই load path, অর্থাৎ লোড স্থানান্তর পথের ধারণা কাজে আসে। প্রকৌশলীরা নিয়ন্ত্রিত বিকৃতি অঞ্চল এবং load path-এর মাধ্যমে সংঘর্ষের শক্তিকে যাত্রী কক্ষের চারপাশে পরিচালিত করেন; নকশার লক্ষ্য হলো অন্যান্য কাঠামোতে স্থানান্তরিত লোড হ্রাস করা। সামনের সংঘর্ষে সামনের কাঠামো এবং crumple zone-গুলোকে প্লাস্টিক বিকৃতির মাধ্যমে শক্তি নিয়ন্ত্রিতভাবে শোষণ করতে হয়।

এই রুটি সামনে ও পেছনে কেন আরও উন্নত? আসলে একটি চমকপ্রদ পরিসংখ্যান: যাত্রীবাহী গাড়ির ক্ষতির 65% সামনে, 25% পেছনে এবং বাকি 10% পাশে ঘটে। সবচেয়ে বড় crumple zone-গুলো এজন্যই সামনে থাকে। নতুন উন্নয়নগুলোও এর সাথে যুক্ত হয়েছে; সংঘর্ষের শুরুতে লোড বাড়ানো এবং বডির বিকৃতি দমন করা নতুন লোড স্থানান্তর কাঠামো এখনও গবেষণাধীন। পাতলা দেওয়ালের S-frame-এর crashworthiness অপ্টিমাইজেশনও একটি সক্রিয় গবেষণার বিষয়। আবার কিছু মৌলবাদী ধারণাও রয়েছে: 2004 সালের পরীক্ষামূলক Pininfarina Nido, crumple zone-গুলোকে সারভাইভাল সেলের ভেতরে স্থাপন করার একটি নকশা চেষ্টা করেছিল - রেলের উপরে থাকা সেলটির গতি হ্রাস করা হয়। Volvo-ও ছোট গাড়ির জন্য অনুরূপ রেলযুক্ত সিট ধারণা তৈরি করেছিল; সিটটি 20 সেমি পর্যন্ত সামনে সরে যায় এবং shock absorber শীর্ষ শক্তি শোষণ করে।

Euro NCAP পরীক্ষায় বডি কাঠামোর স্কোর কীভাবে নির্ধারিত হয়?

তাত্ত্বিক প্রকৌশল ভালো, কিন্তু মাঠে প্রমাণ দরকার নয় কি? Euro NCAP ঠিক এখানেই কাজে আসে। মূল্যায়নে পরিমাপকৃত সংঘর্ষ শক্তি বিশ্লেষণ করে মাথা, পেলভিস এবং পা-এর মতো গুরুত্বপূর্ণ শরীরের অংশে সম্ভাব্য আঘাতের তীব্রতা পরীক্ষা করা হয়। প্রোটোকলের মূল নীতি খুবই স্পষ্ট: কাঠামোগত অখণ্ডতা রক্ষা করা লক্ষ্য এবং যাত্রী ছিটকে যাওয়ার ঝুঁকি সর্বনিম্নে আনা হয়। টেস্ট ডামির জন্য চারটি প্রধান অঞ্চলে শক্তি পরিমাপ করা হয়: মাথা-ঘাড়, বুক, পেলভিস/ফেমার/হাঁটু এবং নিচের পা/পায়ের পাতা/গোড়ালি।

মৌলিক পরীক্ষার ফরম্যাট হলো offset deformable barrier পরীক্ষা, যা একই ভরের দুটি গাড়ির 50 কিমি/ঘণ্টা বেগে 50% ওভারল্যাপসহ মুখোমুখি সংঘর্ষের অনুকরণ করে; Global NCAP সংস্করণটি হয় 64±1 কিমি/ঘণ্টা বেগে। আর এখানে বডি কাঠামো কীভাবে সরাসরি স্কোরে প্রভাব ফেলে তার কিছু বাস্তব উদাহরণ: একটি মডেলের পরীক্ষায় সংঘর্ষের সময় স্পট ওয়েল্ডে ব্যর্থতা দেখা দেওয়ায় কাঠামো অখণ্ডতা হারায় এবং কেবিনের চারপাশে বিকৃতির ঝুঁকি বেড়ে যায় - অর্থাৎ ওয়েল্ডিংয়ের মানও স্টারে প্রভাব ফেলে। আবার 2018 সালের একটি পরীক্ষায় footwell বিকৃতি কাঠামোর অখণ্ডতার সীমায় পৌঁছেছে তা প্রমাণ করে। আরেকটি ছোট নোট: পাঁচ স্টার পাওয়া মানে কম গতির সংঘর্ষ পরীক্ষায় ভালো পারফরম্যান্সের গ্যারান্টি নয়। স্টারগুলো কেবিন সুরক্ষার উপর কেন্দ্রীভূত; বাম্পারের নিচের কাজে নামে না।

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্ন এবং বিভ্রান্তিকর সত্য

"আধুনিক গাড়িগুলো পুরনো গাড়ির মতো মজবুত দেখায় না কেন?"

কারণ দেখাটা প্রতারণামূলক। নিয়ন্ত্রিত বিকৃতি ইচ্ছাকৃত; শক্ত কাঠামো শক্তি শোষণ না করে সরাসরি যাত্রীর কাছে পৌঁছে দিত। পুরনো গাড়ির "কম ক্ষতি হওয়া" সেগুলোকেই মারাত্মক করে তুলত: শক্ত ফ্রেম শক্তি শোষণ না করায় বল সরাসরি যাত্রীর কাছে চলে যেত, ডিসেলারেশনের সময় বাড়ত না। ক্রাম্পল জোনযুক্ত গাড়ি শক্ত SUV-এর সাথে সংঘর্ষে বেশি ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে কিন্তু যাত্রীরা সাধারণত কম প্রভাবিত হয়। উপরন্তু, SUV-এর চেসিস রেলের "শক্ত পয়েন্ট" গুলো সাধারণ গাড়ির চেয়ে উঁচু হওয়ায় সেগুলো বিপরীত গাড়ির ক্রাম্পল জোন এড়িয়ে যেতে পারে; তাই নতুন SUV-গুলোতে বাম্পারের নিচে কাঠামো যোগ করে বিপরীত পক্ষের বিকৃতি অঞ্চল সক্রিয় হওয়ার লক্ষ্য রাখা হচ্ছে।

"ক্রাম্পল জোন কি সিটবেল্ট এবং এয়ারব্যাগের বিকল্প হতে পারে?"

না এবং এটা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ক্রাম্পল জোন যাত্রী অঞ্চলে পৌঁছানো বল কমায়; সিটবেল্ট এবং এয়ারব্যাগ যাত্রীকে ধরে রাখে এবং নরম করে। কিছুটা না শোষিত বল থেকে যাওয়া অনিবার্য এবং ঠিক সেখানেই সিটবেল্ট পরিপূরক উপাদান হিসেবে কাজ করে। এগুলো একটি সিস্টেম হিসেবে একসাথে কাজ করে - একাকী কোনোটিই যথেষ্ট নয়।

"ভেঙে যাওয়া গাড়ি কি মেরামত করা সম্ভব?"

বিকৃতি যদি কেবিনের অখণ্ডতা না নষ্ট করে তবে সাধারণত হ্যাঁ। কিন্তু এখানে সতর্কতা: কয়েক মিলিমিটারের রেলের সরে যাওয়াও সাসপেনশন জ্যামিতি এবং ADAS সেন্সর অবস্থানকে প্রভাবিত করতে পারে। তাই মেরামতে ইলেকট্রনিক পরিমাপ সিস্টেম দিয়ে OEM স্পেসিফিকেশন অনুযায়ী ফেরানো অপরিহার্য। অর্থাৎ "হাতুড়ি দিয়ে সোজা করে ফেলব" যুগ অনেক আগেই শেষ হয়ে গেছে।

শেষ একটি কথা রেখে যাই: পরের বার কোনো ক্র্যাশ টেস্ট ভিডিওতে ধাতু ভেঙে যেতে দেখলে রাগ করবেন না - সেই ভাঙা, সেই কেবিনের ডামির জন্য পরিস্থিতির সবচেয়ে মৃদু ফলাফল।

সূত্র

• ক্রাম্পল জোন
• ক্রাম্পল জোন কী? গাড়ি কীভাবে আঘাত শোষণ করে
• গাড়ির দুর্ঘটনায় ক্রাম্পল জোন কীভাবে কাজ করে এবং প্রাণ বাঁচায়
• ক্রাম্পল জোন - একটি সারসংক্ষেপ
• ক্র্যাশ আর্কাইভ - AHSS গাইডলাইন
• গাড়িতে ব্যবহৃত উচ্চ শক্তির স্টিলের প্রকারভেদ
• ক্র্যাশ এনার্জি ম্যানেজমেন্টের জন্য যানবাহনের কাঠামোর নকশা
• একটি সাধারণ যানবাহনের ক্রাশ জোনের মডেলিং ও বিশ্লেষণ
• গাড়িগুলো কীভাবে নিরাপত্তার জন্য পরীক্ষা করা হয় - Euro NCAP
• Euro NCAP মূল্যায়ন প্রোটোকল - AOP - v9.1.3
• EuroNCAP ক্র্যাশ টেস্ট সেফটি রেটিংয়ের একটি মূল্যায়ন
• সংঘর্ষের সময় আধুনিক গাড়ি কেন ভেঙে পড়ে