Candidato: Guido Carbini Relatore: Prof. Ettore Pennestrì
description
Transcript of Candidato: Guido Carbini Relatore: Prof. Ettore Pennestrì
Facoltà di Ingegneria 1
Tesi di LaureaMonitoraggio 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 2
ObiettiviCreare 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 umanoCorrelare i coefficienti della STH con i parametri meccanici
Facoltà di Ingegneria 3
IntroduzioneWhole Boby
Vibration
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
ISO 2631
Modello
Natura delle vibrazioniAmbiente
Caratteristiche antropomentriche{Frequenze pericolose per la salute: da 0,5 a 5 HzLa ISO 2631 fornisce un metodo generale per la misurazione degli effetti di vibrazioni comprese tra 1 e 80 Hz sul corpo umano
Come affrontare il problema
Metodo analitico (diretto)
Metodo statistico - sperimentale (indiretto) Apparent Mass (AM)
Driving-Point Mechanical impedence (DPM)Seat-To-Head transmissibility (STH){
Accelerazione
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
Facoltà di Ingegneria 4
ISO 2631Definisce i metodi per quantificare le vibrazioni
trasmesse al corpo intero (WBV) in relazione a:
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
la salute umana e il benessere
la probabilità di percezione delle vibrazioni
l’incidenza del male dei trasporti
Fornisce precise indicazioni riguardo il posizionamento dei sensori
Fornisce le curve di ponderazione in frequenza delle accelerazioni in funzione della direzione della vibrazione
Facoltà di Ingegneria 5
ISO 2631Indice r.m.s.
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
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
con{kz = 1kx = 1,4ky = 1,4
Facoltà di Ingegneria 6
Decreto Legislativo n.187Il decreto legislativo definisce dei limiti alla dose di WBV
assorbite da un individuo in un periodo di riferimento di 8 ore:
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
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:
Facoltà di Ingegneria 7
Come affrontare il problemaCoefficiente di trasmissibilità STH:
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Modello di Wan e Schimmels
Modello sperimentale Approccio Black-Box
Facoltà di Ingegneria 8
Acquisizione dei DatiStrumenti
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
1. Antenna GPS: Garmin 18x USB
2. Accelerometro Triassiale Phidget 1059
3. PC portatile e programma in linguaggio C++
Facoltà di Ingegneria 9
Acquisizione dei DatiSetup Iniziale
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Facoltà di Ingegneria 10
Acquisizione dei DatiPostura del tester
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Tracciato per i test
Facoltà di Ingegneria 11
Acquisizione dei DatiRaccolta dati attraverso il software compilato in C++
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
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.
Facoltà di Ingegneria Meccanica 12
Facoltà di Ingegneria 13
Analisi dei DatiElaborazione dei dati:
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Filtraggio del segnale
Accelerazione alla Testa Non FiltrataAccelerazione alla Testa Filtrata
Accelerazioni nel dominio della frequenza
Accelerazione alla TestaAccelerazione al SedileCoefficiente di Trasmissibilità STH
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.
Facoltà di Ingegneria 14
Analisi dei DatiModello Sperimentale
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Scelta dei parametri: Analisi dei Residui
Output: l’accelerazione alla testa solo tramite prove sperimentalisenza conoscere il sistema umano in termini di masse edelementi molla-smorzatore
Database dei coefficienti della funzione di trasferimento STH:Campagna sperimentale effettuata su 40 tester
Facoltà di Ingegneria 15
Correlazionetra le caratteristiche antropometriche degli
individui e i coefficienti della funzione di trasferimento STH determinati con la funzione ARMAX di MATLAB;
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
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.
Facoltà di Ingegneria 16
CorrelazioneDatabase 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 17
CorrelazioneGrafici 3D per i parametri del database
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Facoltà di Ingegneria 18
CorrelazioneTabella riassuntiva dei coefficienti pij per i parametri ai e bi
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Facoltà di Ingegneria 19
Correlazione
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Parametro a2
Facoltà di Ingegneria 20
CorrelazioneSistema meccanico
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Facoltà di Ingegneria 21
Correlazione
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Facoltà di Ingegneria 22
ConclusioniObiettivi raggiunti
Introduzione
Acquisizione dei dati
Analisi dei dati
Correlazione Conclusioni
Applicazioni
Approfondimenti
Creare una strumentazione low-cost Identificare un modello matematico
Parametrizzare i coefficienti della STH Correlare i coefficienti STH con i parametri meccanici
Calcolo dell'indice rms previsto dalla ISO 2631
Variare la frequenza di eccitazione del sistema auto-tester Utilizzare come sorgente di vibrazioni una pedana
vibrante
Facoltà di Ingegneria 23
Grazie per l’attenzione