Comfort ergonomico di zaini da trekking: introduzione all'analisi FEM del contatto con la spalla = Ergonomic comfort of trekking backpack: introduction to the shoulder contact FEM analysis

L’obiettivo del lavoro consiste nella simulazione agli elementi finiti (FEM) del contatto tra lo spallaccio di uno zaino da trekking e la spalla, utilizzando un approccio di reverse engineering per l’ottenimento delle geometrie del sistema zaino-corpo. A tal fine sono stati utilizzati un manichino commerciale da esposizione e lo zaino Ferrino Mizar 18 che sono stati scansionati tramite scannner 3D Artec EvaLite e convertiti in file .igs o .stp per mezzo dei software CAD Rhinoceros 7, Autodesk Meshmixer e Autodesk SpaceClaim 2020. La struttura del progetto è composta da una prima parte introduttiva all’argomento con la presentazione dello stato dell’arte del prodotto “zaino” e degli aspetti scientifici legati al comfort ergonomico. Nella seconda parte vengono presentati i test sperimentali eseguiti quali rilevamento delle pressioni tra il manichino e lo zaino, test di trazione dello spallaccio e step di digitalizzazione del sistema spallaccio-spalla del manichino. Viene poi fornita una descrizione della progettazione delle simulazioni FEM che sono state effettuate inerenti alla riproduzione nell’ambiente FEM della prova sperimentale di trazione e del contatto tra spallaccio e manichino. Un’ultima sezione riporta infine i risultati ottenuti e le varianti operative apportate durante il progetto dettate dai risultati o problemi intermedi. Nella prima fase di acquisizione dei dati sono state effettuate due principali prove di rilevamento delle pressioni locali tra lo zaino e il manichino con gli strumenti Picopress e Boditrak2 Pro, a seguito di una prova sperimentale di termografia per la localizzazione dei punti di contatto su un tester umano. I risultati di tali prove evidenziano l’asimmetria del manichino indotta dalla postura “greca”. Per conoscere il comportamento meccanico dell’intero spallaccio è stata invece condotta una prova di trazione con l’utilizzo dello strumento Instrom 8801, che rileva un comportamento non lineare indotto dalla geometria ad “S” e dai materiali utilizzati non lineari come schiume e tessuti. La seconda fase operativa riguarda le simulazioni del test di trazione e del contatto con la spalla nell’ambiente FEM del software Autodesk Workbench 2020: il primo test è stato condotto per calcolare il modulo elastico medio dell’intero spallaccio, attraverso il confronto con i risultati del medesimo test sperimentale; tuttavia i risultati non sono stati soddisfacenti con l’utilizzo di un unico materiale quindi si è dovuto modellizzare lo spallaccio con due materiali diversi non lineari rappresentanti la cucitura esterna e il tessuto di connessione. Per quanto riguarda il secondo test è stata condotta una simulazione semplificata con un elemento cilindrico al posto della superficie scannerizzata del manichino. In conclusione, l’approccio di reverse engineering è stato fallimentare in quanto sia per quanto riguarda la geometria dello spallaccio che del busto del manichino scannerizzate non è stato possibile utilizzarle per le analisi FEM a causa dell’elevata complessità di forma dei componenti, perciò le analisi FEM precedentemente descritte sono state condotte con geometrie disegnate, seguendo una linea guida in termini di forma e dimensione delineata grazie alla digitalizzazione delle geometrie stesse.