Studio della caduta in ambito alpinistico mediante metodi numerici (FEM)

Studio della caduta in ambito alpinistico mediante metodi numerici (FEM) Negli ultimi anni gli sport di montagna vengono praticati da un numero sempre maggiore di persone. Uno degli scopi principali di queste attività è quello di superare ostacoli di natura verticale più o meno elevata. Queste attività comportano il rischio di precipitare verso il basso. Vista la sempre maggiore diffusione della pratica dell’arrampicata sono nati degli studi il cui obbiettivo è quello di analizzare le possibili cadute per conoscerne le cause, le conseguenze e per capire come migliorare la sicurezza di chi pratica queste attività. Lo scopo di questa tesi è stato proprio quello di sviluppare dei modelli numerici atti a studiare differenti casi di cadute. Per farlo si sono svolte diverse analisi agli elementi finiti orientate alla ricerca di un modello che simulasse, il più fedelmente possibile, una caduta trattenuta da una corda da arrampicata. In particolare, si è voluta ricavare la forza di arresto che si crea all’interfaccia tra un corpo in caduta libera e la corda che serve per trattenerlo. Per validare i modelli si sono confrontati i risultati ottenuti numericamente con i dati ricavati sperimentalmente. Le prove sperimentali sono state svolte presso il Centro Studi Materiali e Tecniche (CSMT) di Padova. Si sono creati due modelli agli elementi finiti di massa: un cilindro metallico e un manichino, della stessa tipologia di quelli utilizzati nei crash test automobilistici. Questi corpi, poi, sono stati collegati ad una corda, e sono stati sottoposti all’accelerazione di gravità. L’accelerazione che subiscono le masse è stata valutata durante tutta la fase di caduta (fase libera e i successivi rimbalzi fino all'arresto). Grazie alla misura dell’accelerazione si è potuta ricavare l’intensità della forza trasmessa dalla corda alla massa. Il lavoro è quindi incentrato sulla ricerca della migliore metodologia di simulazione della corda. Si è iniziato modellando la corda mediante un materiale lineare elastico ottenendo dei risultati non soddisfacenti. Si è deciso quindi di introdurre dei fattori di smorzamento. Per far ciò si è modellata la corda utilizzando un modello con molla e smorzatore la cui legge di forza doveva essere identificata. Si è provato ad utilizzare modelli lineari di comportamento della molla e dello smorzatore; ciò nonostante, i risultati non erano soddisfacenti sebbene iniziassero ad avvicinarsi a quelli sperimentali. Si è, infine, definito il comportamento della molla utilizzando il modello di Odgen, e il comportamento viscoso seguendo un modello che prevede l’utilizzo di due diverse costanti di smorzamento in funzione della velocità di deformazione, positiva o negativa. Attraverso la metodologia “Try and error” si sono identificati i parametri dei modelli grazie ai quali è stato possibile ottenere risultati numerici in buon accordo con quelli sperimentali.