Materiały konferencyjne SEP 2018

2. ANALIZA NUMERYCZNA 2.1. Identyfikacja problemu Po zidentyfikowaniu zjawisk niebezpiecznych dla operatorów maszyn, przeprowadzono wstępną analizę numeryczną wybranej kabiny. Do konstrukcji chroniącej wprowadzony został, w przeciwieństwie do standardowych badań bezpieczeństwa operatorów, pełny model czło- wieka. Dzięki temu symulacja umożliwiła określenie obrażeń, jakich może doznawać operator podczas badanych sytuacji wypadkowych, a nie tylko czy przestrzeń, w której się znajduje w czasie pracy nie została naruszona. Przestudiowane statystyki wypadków wskazują na to, że nie zawsze nienaruszenie przestrzeni DLV zapewnia bezpieczeństwo operatorom znajdującym się w kabinie. Najbardziej krytycznym zjawiskiem okazało się wypiętrzenie spągu pod maszy- ną. Duża energia zdarzenia powoduje wyrzucenie maszyny w górę, a następnie uderzenie da- chu konstrukcji chroniącej operatora w strop korytarza kopalni. Podczas wypadku operator zostaje początkowo „wciśnięty” w fotel, by chwile później zostać „wypchniętym” w górę. Jest to ogromne zagrożenie zarówno dla całego kręgosłupa, jak i głowy operatora. Podjęta została próba zamodelowania oraz symulacji opisanego zjawiska. Umożliwi to wskazanie najczęst- szych obrażeń ciała operatora, doznawanych podczas tego typu wypadków i może wskazać ewentualne kierunki, by im skutecznie zapobiec. 2.2. Model obliczeniowy Model numeryczny składa się z trzech podstawowych elementów: modelu człowieka typu MultiBody (MB), uzyskanego z programu MADYMO [6], modelu konstrukcji chroniącej ope- ratora oraz fotela wraz z dwupunktowym pasem bezpieczeństwa oraz modelem zastępczym mocowania siedziska do podłogi kabiny. Wykorzystany model człowieka to zwalidowany nu- meryczny manekin z rodziny Hybrid III, posiadający wymiary 50-percentylowego mężczyzny (wzrost 175 cm, waga 78 kg). Są one wykorzystywane do testów zderzeniowych pojazdów naziemnych jak i w symulacjach awaryjnego lądowania w samolotach [7], gdzie obciążenia są relatywnie zbliżone do obciążeń powstających wskutek analizowanego zjawiska. Zastosowana w symulacji konstrukcja chroniąca została wcześniej przebadana pod kątem obecnie obowiązu- jących norm bezpieczeństwa i spełnia ona wszystkie stawiane przez nie wymogi. Model siedzi- ska powstał przez zeskanowanie rzeczywistego fotela. Mocowanie natomiast zostało zrealizo- wane poprzez zastępcze elementy sprężynowe, posiadające te same parametry co rzeczywiste mocowanie fotela, które zostały otrzymane w wyniku testów przy użyciu maszyny wytrzyma- łościowej. Zarówno model numeryczny kabiny jak i siedziska powstał przy wykorzystaniu Me- tody Elementów Skończonych (MES) [8]. W procesie modelowania zostały użyte różne kody numeryczne. Aby można było działać na modelach MB i MES równolegle, należało zastoso- wać tzw. „coupling”. Jest to narzędzie szeroko wykorzystywane w badaniach bezpieczeństwa. Poza możliwością połączenia różnych środowisk numerycznych, zabieg ten znacznie redukuje czas obliczeń, ponieważ wyniki za pomocą elementów typu MB uzyskuje się nieporównywal- nie szybciej, aniżeli w przypadku modeli MES. Symulacja zjawiska wykonana została w śro- dowisku LS-Dyna (Rys. 4).