Tesi di Laurea Monitoraggio del comfort vibrazionale secondo la ISO 2631: progetto e realizzazione di un dispositivo low cost con impostazione e validazione di un modello predittivo in funzione delle caratteristiche antropometriche dell'uomo Candidato: Guido Carbini Relatore: Prof. Ettore Pennestrì Correlatori: Ing. Daniele Carnevale Ing. Lorenzo Mariti Facoltà di Ingegneria Meccanica Facoltà di Ingegneria

Obiettivi Correlare i coefficienti della STH con i parametri meccanici Creare una strumentazione e una metodica per la misurazione delle vibrazioni come previsto dalla ISO 2631 Identificare un modello matematico di impronta black- box, che descriva la risposta di un passeggero in un veicolo soggetto a vibrazioni in funzione delle caratteristiche antropometriche della persona Creare un database di funzioni di trasferimento STH attraverso il quale parametrizzare i coefficienti della stessa in base ai fattori antropometrici significativi per la risposta alle vibrazioni del corpo umano Correlare i coefficienti della STH con i parametri meccanici Facoltà di Ingegneria

{ { Introduzione Whole Boby Vibration ISO 2631 Accelerazione ISO 2631 { Frequenze pericolose per la salute: da 0,5 a 5 Hz Natura delle vibrazioni Come affrontare il problema Modello Ambiente La ISO 2631 fornisce un metodo generale per la misurazione degli effetti di vibrazioni comprese tra 1 e 80 Hz sul corpo umano Metodo analitico (diretto) Caratteristiche antropomentriche { Seat-To-Head transmissibility (STH) Le vibrazioni trasmesse al corpo intero possono provocare sensazioni di disagio o malessere, influenzare le capacità prestazionali umane o presentare un rischio per la salute e la sicurezza Metodo statistico - sperimentale (indiretto) Driving-Point Mechanical impedence (DPM) Apparent Mass (AM) Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

ISO 2631 Definisce i metodi per quantificare le vibrazioni trasmesse al corpo intero (WBV) in relazione a: la salute umana e il benessere Fornisce precise indicazioni riguardo il posizionamento dei sensori la probabilità di percezione delle vibrazioni Fornisce le curve di ponderazione in frequenza delle accelerazioni in funzione della direzione della vibrazione l’incidenza del male dei trasporti Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

ISO 2631 Indice r.m.s. La normativa definisce l'accelerazione quadratica media ponderata in frequenza, come indice della dose di vibrazione assorbite da un individuo in una singola direzione Per contributi di vibrazioni in più direzioni si ricorre alla seguente formula { kz = 1 kx = 1,4 ky = 1,4 con Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Decreto Legislativo n.187 Il decreto legislativo definisce dei limiti alla dose di WBV assorbite da un individuo in un periodo di riferimento di 8 ore: il valore limite di esposizione giornaliero è 1,15 m/s2 il valore d'azione giornaliero è 0,5 m/s2 Attraverso la seguente espressione è possibile proiettare l'esposizione alla WBV durante le 8 ore: Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Come affrontare il problema Coefficiente di trasmissibilità STH: Modello di Wan e Schimmels Modello sperimentale Approccio Black-Box Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Acquisizione dei Dati Strumenti Antenna GPS: Garmin 18x USB Accelerometro Triassiale Phidget 1059 PC portatile e programma in linguaggio C++ Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Acquisizione dei Dati Setup Iniziale Introduzione Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Acquisizione dei Dati Postura del tester Tracciato per i test Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Acquisizione dei Dati Raccolta dati attraverso il software compilato in C++ Parametri del tester: peso, altezza, sesso, età, corporatura; Numero di acquisizioni: 256, 512, 2048, 8192; Controlli: corretto collegamento dei sensori, calcolo dell’inclinazione iniziale dell’accelerometro; Acquisizioni delle accelerazioni lungo gli assi x, y e z. Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Facoltà di Ingegneria Meccanica

Analisi dei Dati Elaborazione dei dati: Filtraggio del segnale Accelerazione alla Testa Non Filtrata Accelerazione al Sedile Accelerazione alla Testa Filtrata Accelerazione alla Testa Analisi dei Dati Coefficiente di Trasmissibilità STH Elaborazione dei dati: Filtraggio del segnale Accelerazioni nel dominio della frequenza Identificazione della fdt dove: nb è il numero di poli al numeratore; na è il numero di poli al denominatore; nc è il numero di poli del polinomio di regressione del rumore; nk è ritardo dei campioni. Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Analisi dei Dati Modello Sperimentale Scelta dei parametri: Analisi dei Residui Output: l’accelerazione alla testa solo tramite prove sperimentali senza conoscere il sistema umano in termini di masse ed elementi molla-smorzatore Database dei coefficienti della funzione di trasferimento STH: Campagna sperimentale effettuata su 40 tester Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Correlazione tra le caratteristiche antropometriche degli individui e i coefficienti della funzione di trasferimento STH determinati con la funzione ARMAX di MATLAB; tra i coefficienti della funzione di trasferimento con la risposta di un sistema meccanico a 3 gradi di libertà per determinare i parametri meccanici massa (mi), molla (ki) e smorzatore (ci) del corpo umano. Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Correlazione Database dei valori dei coefficienti del numeratore bi e del denominatore ai della funzione di trasferimento Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Correlazione Grafici 3D per i parametri del database Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Correlazione Tabella riassuntiva dei coefficienti pij per i parametri ai e bi Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Correlazione Parametro a2 Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Correlazione Sistema meccanico Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Correlazione Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Conclusioni Obiettivi raggiunti Applicazioni Approfondimenti Creare una strumentazione low-cost Identificare un modello matematico Parametrizzare i coefficienti della STH Correlare i coefficienti STH con i parametri meccanici Applicazioni Calcolo dell'indice rms previsto dalla ISO 2631 Approfondimenti Variare la frequenza di eccitazione del sistema auto-tester Utilizzare come sorgente di vibrazioni una pedana vibrante Introduzione Acquisizione dei dati Analisi dei dati Correlazione Conclusioni Facoltà di Ingegneria

Grazie per l’attenzione Facoltà di Ingegneria