presentazione

Report
Candidato: Guido Carbini
Relatore: Prof. Ettore Pennestrì
Correlatori: Ing. Daniele Carnevale
Ing. Lorenzo Mariti
Facoltà di Ingegneria
Facoltà di Ingegneria Meccanica
1
Obiettivi
 Creare una strumentazione e una metodica per la
misurazione delle vibrazioni come previsto dalla ISO 2631

Identificare un modello matematico di impronta blackbox, 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
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Introduzione
 Whole Boby Vibration
Accelerazione
 ISO
2631

{
Frequenze pericolose
Natura delle
pervibrazioni
la salute: da 0,5 a 5 Hz
Come
affrontare
il problema
Modello
Ambiente
La ISO 2631 fornisce un metodo generale per la misurazione degli
Caratteristiche
antropomentriche
di vibrazioni
comprese
tra 1 e 80 Hz sul corpo umano
effetti
Metodo
analitico
(diretto)
Seat-To-Head
transmissibility
(STH)
Le vibrazioni trasmesse al corpo
intero possono
provocare sensazioni
 Metodo statistico di disagio o malessere, influenzare
le capacità
prestazionali
umane(DPM)
o
Driving-Point
Mechanical
impedence
sperimentale (indiretto)
presentare un rischio per la salute
e la sicurezza
Apparent
Mass (AM)
{
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
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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 didel
ponderazione
in frequenza delle accelerazioni
 l’incidenza
male dei trasporti
in funzione della direzione della vibrazione
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
4
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
con
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
{
Correlazione
kz = 1
kx = 1,4
ky = 1,4
Conclusioni
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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
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
6
Come affrontare il problema
 Coefficiente di trasmissibilità STH:
 Modello di Wan e Schimmels
 Modello sperimentale
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Approccio Black-Box
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
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Acquisizione dei Dati
 Strumenti
1. Antenna GPS: Garmin 18x USB
2. Accelerometro Triassiale Phidget 1059
3. PC portatile e programma in linguaggio C++
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
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Acquisizione dei Dati
 Setup Iniziale
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
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Acquisizione dei Dati
 Postura del tester
 Tracciato per i test
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
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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
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
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Facoltà di Ingegneria Meccanica
12
Accelerazione
Accelerazione
alla Testa
al Sedile
Non Filtrata
Accelerazione
Accelerazione
alla Testa
alla Testa
Filtrata
Coefficiente di Trasmissibilità STH
Analisi dei Dati
 Elaborazione dei dati:
 Filtraggio del segnale
 Accelerazioni nel dominio della frequenza
Identificazione della fdt
dove: nb
na
nc
nk
Introduzione
è il numero di poli al numeratore;
è il numero di poli al denominatore;
è il numero di poli del polinomio di regressione del rumore;
è ritardo dei campioni.
Acquisizione
dei dati
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Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
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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
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
14
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
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
15
Correlazione
 Database dei valori dei coefficienti del numeratore bi e del
denominatore ai della funzione di trasferimento
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
16
Correlazione
 Grafici 3D per i parametri del database
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
17
Correlazione
 Tabella riassuntiva dei coefficienti pij per i parametri ai e bi
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
18
Correlazione
 Parametro a2
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
19
Correlazione
 Sistema meccanico
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
20
Correlazione
Introduzione
Acquisizione
dei dati
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
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Conclusioni
 Obiettivi raggiunti
 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
Facoltà di Ingegneria
Analisi dei
dati
Correlazione
Conclusioni
22
Grazie per l’attenzione
Facoltà di Ingegneria
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