La teoria incontra la pratica: gli studenti di ingegneria meccanica ottimizzano i bracci delle imbarcazioni

Come si può migliorare un componente che, nell'uso quotidiano, si guasta ripetutamente nello stesso punto? È questa la domanda su cui stanno lavorando gli studenti e i collaboratori dell'Istituto di Meccanica dell'Università di Kassel. Al centro del progetto c'è il braccio di una barca a remi, che in futuro dovrà diventare più resistente e durevole.

Il punto di partenza del progetto è stato un problema concreto di UNISports: i bracci di sostegno delle imbarcazioni si rompono regolarmente nello stesso punto e non possono essere sostituiti facilmente, poiché il produttore non li produce più, spiega Lukas Toby, ricercatore presso l’Istituto per lo sport e le scienze motorie (IfSS). Per poter continuare a utilizzare a lungo termine le imbarcazioni da canottaggio interessate, sia nei corsi di UNISport che nella formazione per insegnanti dell’IfSS, è stato quindi necessario sviluppare una nuova soluzione tecnica.

L’impulso decisivo è venuto da Simon Nowak, istruttore di canottaggio di lunga data presso UNISport e studente di ingegneria meccanica. È stato lui a proporre di rivolgersi al dott. ing. Matthias Oxe, che vanta egli stesso esperienza nel canottaggio.

Sotto la guida del Dr.-Ing. Matthias Oxe dell’Istituto di Meccanica, settore di specializzazione Meccanica Tecnica/Meccanica dei Continuum, presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, il progetto viene realizzato nell’ambito di un seminario. In questo modo, il progetto coniuga la ricerca scientifica con le esigenze pratiche del mondo dello sport e consente agli studenti di applicare le loro conoscenze teoriche a una problematica reale.

Nell’ambito del corso sulla resistenza strutturale, gli studenti si occupano di diversi tipi di cedimento dei materiali. L’attenzione è rivolta in particolare al cosiddetto cedimento da fatica, in cui i componenti non vengono danneggiati da un singolo carico elevato, ma da numerosi carichi ricorrenti nel corso di un lungo periodo di tempo, spiega Joshua Wrobel (assistente studentesco presso l’Istituto di Meccanica).

Per rilevare le forze effettive esercitate durante la remata, sono stati applicati degli estensimetri nel punto critico del braccio. Durante una prova di navigazione sul fiume Fulda, Simon Nowak ha remato, accompagnato da un motoscafo con a bordo alcuni studenti. I dati di misurazione sono stati trasmessi in tempo reale via radio a uno smartphone. In questo modo è stato possibile monitorare immediatamente quali sollecitazioni agissero sul braccio durante la remata.

I valori di misura ottenuti vengono poi confrontati con una simulazione al computer basata sul metodo degli elementi finiti. L’obiettivo è convalidare la simulazione e, su questa base, sviluppare un componente ottimizzato. Il nuovo braccio dovrebbe assorbire meglio le forze che si generano, raggiungendo così una durata di vita nettamente superiore.

Un primo prototipo è già in fase di produzione. Anche la scelta dei materiali riveste un ruolo importante. Poiché l’alluminio perde resistenza a causa del processo di saldatura, il componente viene successivamente sottoposto a trattamento termico per ripristinare in larga misura le sue proprietà originali. Parallelamente, viene studiata anche una versione in acciaio inossidabile come possibile alternativa.

Per lo studente di ingegneria meccanica Aschour Youkhanna, il progetto offre un valore aggiunto particolare: «Si comprende molto meglio ciò che viene trattato durante le lezioni e ci si rende conto di quanto sia effettivamente complesso lo sviluppo di un singolo componente». Tra i suoi compiti c’era quello di scansionare il braccio della barca esistente nel laboratorio 3D, crearne un modello digitale e successivamente ricostruirlo in un software CAD per poi confrontarlo con la scansione.

Anche per quanto riguarda la tecnica di misurazione erano necessarie soluzioni creative. L’unità di misura inizialmente utilizzata si è rivelata poco intuitiva. L’ingegnere di laboratorio Eugen Prints ha quindi sviluppato una soluzione personalizzata basata su un Raspberry Pi, grazie alla quale è stato possibile acquisire, elaborare e trasmettere in tempo reale i segnali provenienti dagli estensimetri.

Il progetto dimostra in modo impressionante come ricerca, insegnamento e pratica interagiscano all’Università di Kassel. Gli studenti acquisiscono preziose esperienze affrontando problematiche tecniche reali, mentre UNISport e l’IfSS possono beneficiare di componenti innovativi e più durevoli.

L’UNISport e l’IfSS dell’Università di Kassel ringraziano di cuore tutti gli studenti, i collaboratori e i partner del progetto coinvolti per il loro impegno. Il progetto dimostra in modo esemplare come, grazie alla collaborazione tra diversi dipartimenti, sia possibile sviluppare soluzioni sostenibili per sfide concrete.