Tesi di laurea

Vibrazione del corpo umano all’interno di un veicolo

WBV

Tesi di laurea sulle Whole Body Vibration, vibrazione del corpo umano all’interno di un veicolo. Gli studi hanno riguardato la ricerca di un modello matematico in grado di simulare il comportamento del corpo umano all’interno di un autoveicolo.

Lo studio compiuto nell’ambito di questa tesi consiste in due principali obiettivi:

  • creare una strumentazione e una metodica per la misurazione delle vibrazioni come previsto dalla UNI 2631;
  • identi care un modello matematico per studiare la risposta di un passeggero in un veicolo soggetto a vibrazioni.

Norma UNI 2631

Nel 2006 è entrato in vigore il Decreto legislativo n∘187 che definisce per la prima volta in Italia i limiti di legge sulle vibrazioni assorbite dal corpo umano. La misurazione della vibrazione del corpo umano è un argomento di sentito interesse da parte soprattutto di aziende che espongono i propri dipendenti a WBV. Tale vibrazione porta l’intero corpo umano a vibrare e non esistono particolari punti locali. In funzione quindi delle proprietà antropometriche, dell’ampiezza e della frequenza delle vibrazioni gli effetti biodinamici sull’organismo possono essere molto complessi.

analisi WBV

I maggiori danni sono causati dalle frequenze della WBV vicine alle frequenze di risonanza delle varie parti del corpo. Le vibrazioni possono provocare sensazioni di disagio e malessere fino a costituire un rischio per la salute e la sicurezza.

La prolungata esposizione a WBV incrementa il rischio per la salute della colonna vertebrale e del sistema nervoso autonomo causato dal dislocamento orizzontale e dalla torsione dei segmenti della colonna stessa. Problemi frequenti sono i processi degenerativi dei segmenti lombari quali spondilosi deformante, osteocondrosi intervertebrale, artrosi deformante. La UNI 2631 non esclude problemi al sistema digestivo, al sistema genitale ed urinario e agli organi riproduttivi femminili.

Modelli analitici di vibrazione del corpo umano

In letteratura esistono molti studi sulla trasmissibilità STH a livello teorico. Per dare un riferimento è stato studiato un modello teorico a 4 gradi di libertà. Tale modello approssima il comportamento di un sistema uomo-veicolo. Il modello di Wan e Schimmels collega i 4 corpi di cui è composto con elementi molla-smorzatore.

modello analitico vibrazioni WBV

Parametro fondamentale per stimare il quantitativo di vibrazioni assorbite è la trasmissibilità STH, Seat To Head. Tale parametro rappresenta la funzione di trasferimento del corpo umano.

Software ed hardware

Il sistema di misura è composto da un’antenna GPS e un accelerometro triassiale interfacciati ad un notebook. Grazie alla sua compattezza tutta l’attrezzatura può quindi essere installata su un qualsiasi veicolo terrestre. La raccolta dei dati può avvenire per esempio durante un turno lavorativo di 8 ore di un autista. Tale categoria lavorativa è infatti maggiormente soggetta a problemi di salute causati dall’esposizione a WBV.attrezzatura sperimentale

L’accelerometro è stato fissato all’interno di un box in acciaio e annidato poi in un cuscino in neoprene. Tale piattello accelerometrico viene poi posto sopra il sedile. In tal modo si minimizza l’influenza dello smorzamento del sedile. L’utilizzo del dispositivo GPS, assolutamente non richiesto dalla normativa italiana, contribuisce a fornire ulteriori dati utili. I dati GPS infatti forniscono informazioni non solo sulla velocità media ma anche sul percorso effettuato dal veicolo.

Superata la fase di inizializzazione dei dispositivi avviene l’acquisizione dati. Le accelerazioni in vengono salvate, assieme al rispettivo tempo di acquisizione, in file di testo e catalogati in base al numero della prova. Il programma calcola costantemente gli indici di merito della norma italiana. I valori disponibile all’utente sono:

  • accelerazione totale RMS;
  • massima frequenza analizzata;
  • velocità media durante l’acquisizione dati;
  • ora e data della prova.

Analisi dei dati

La normativa UNI 2631 non comprende pienamente il fenomeno fisico, considerando esclusivamente le vibrazioni in ingresso al corpo umano. Molto più interessante è la funzione di trasferimento del corpo umano in posizione seduta STH. La risposta infatti può essere molto diversa a secondo della postura ma soprattutto dei parametri antropometrici. È stato quindi identificato un modello matematico che permetta di simulare il comportamento di una persona seduta sottoposta a WBV. Con tale modello è cosi possibile stimare l’accelerazione RMS alla testa di un passeggero in un veicolo.

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I test sperimentali sono iniziati su un tracciato urbano per passare ad un percorso appositamente realizzato. Il modello sviluppato si è dimostrato estremamente affidabile. Riesce infatti a stimare l’accelerazione alla testa avendo come dato solamente l’accelerazione all’interfaccia tra il sedile ed il passeggero.

simulazioni WBV

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