Una breve presentazione del lavoro della Dott.ssa Benedetta Arosio (LAST - Politecnico di Milano), presentato al Convegno ASAIS-EVU ITALIA del 4 Novembre 2017. Obiettivo della ricerca sono state la definizione e validazione di un modello numerico di bicicletta e ciclista utile per la ricostruzione di incidenti in cui si vede coinvolto un biciclo.
Il modello sviluppato mira a riprodurre coerentemente alla realtà il comportamento di un ciclista e pertanto è stato oggetto di una serie di prove di validazione.
Motivazione
Prima tra tutte, la necessità di avere un affidabile modello numerico ad Elementi Finiti di bicicletta e ciclista che permetta la ricostruzione di incidenti in modo da non dover far affidamento unicamente a ricostruzioni sperimentali.
In secondo luogo, la evidente necessità di comprendere e cercare di prevenire le cause di tali sinistri. Infatti, tra il 2010 e il 2015 il numero di ciclisti morti su strade europee (Commission s.d.) è diminuito del solo 4%, percentuale decisamente minore rispetto alla diminuzione totale di fatalità su strada (21% nello stesso intervallo di anni).
Metodologia
L’obiettivo è stato perseguito facendo uso di un software a elementi finiti (LS-DYNA) che ha permesso la definizione del modello nei suoi dettagli. In parallelo al modello numerico, sono stati investigati dati provenienti da prove sperimentali effettuate su modello di bicicletta con manichino strumentato, in modo da poter poi paragonare i risultati.
Modello Numerico
Dopo un accurato studio statistico sono stati modellati due differenti modelli ad elementi finiti:
- a travi
- a piastre
Il modello a travi è stato definito partendo da un disegno di telaio comprensivo di forcella, manubrio e pedaliera. Dal disegno del modello si è passati poi alla sua suddivisione in “elementi finiti” (mesh) e alla caratterizzazione dei materiali. Di altrettanta importanza è stata la definizione di giunzioni e cinematismi tra i vari componenti.
Il modello a shell invece è stato suddiviso in elementi finiti parteno da un modello già disegnato di bicicletta da città, di cui si disponeva un modello CAD. Allo stesso modo è stato necessario definire poi i materiali, le caratteristiche dei cinematismi affinché si muovessero in maniera realistica.
Prove Sperimentali
Per validare il comportamento del modello numerico sono state eseguite 4 prove sperimentali. Le prove sono state svolte indirizzando l'insieme bicicletta-manichino contro un'Alfa Romeo 33 Station Wagon (1992) disponibile in laboratorio (LAST presso il Politecnico di Milano). Le biciclette sono state fornite dalla Associazione Asais-Evu Italia, che ha finanziato l’intera ricerca.
Le quattro prove svolte sono riassunte in Tabella 2. Avendo a disposizione quattro biciclette e un modello di Alfa Romeo 33 Station Wagon, quattro test sono stati effettuati. Ad ogni prova si è variata la velocità di impatto, modificando la pressione dell'impianto di lancio
Inoltre, le prove differiscono in base alla zona di impatto: questa variazione è stata dettata sia dalla volontà di analizzare diverse tipologie di possibile scenario di incidente, sia dalla necessità di non colpire più di una volta l'auto nello stesso punto, una volta danneggiata per l'impatto precedente. Le quattro prove sono state svolte seguendo lo stesso procedimento, la stessa strumentazione e valutando le stesse grandezze in modo da avere misurazioni analoghe e conservative.
Conclusioni
Le quattro prove sperimentali su bicicletta hanno permesso di osservare e analizzare diverse situazioni di incidente, tutte molto diffuse in ambito urbano. Ciascuna di esse si è svolta a diverse condizioni, consentendo uno spettro di analisi ampio.
Le prove hanno permesso di validare i modelli numerici sviluppati ed hanno evidenziato come l'utilizzo di tali modelli possa essere efficace per la valutazione delle accelerazioni e dei criteri di lesività degli occupanti.
Le prove hanno però mostrato un ulteriore dato fondamentale. Nonostante i manichini abbiano riportato danni importanti, indice di conseguenze gravi o addirittura mortali, le entità dei criteri di interesse e le accelerazioni massime raggiunte sono state relativamente basse. Tale fatto sottolinea quindi la necessità di accompagnare misurazioni quantitative (accelerazioni, criteri di lesione), sia ad osservazioni qualitative dello stato fisico dei soggetti coinvolti, sia ad indagini medico legali accurate.