بررسی تاثیر شکل هندسی، اندازه و خواص مکانیکی کلیپس بر میزان تنش های ایجاد شده در انگشت شست در حین مونتاژ

امروزه خار های فنری یا همان کلیپس ها دارای مزایا و کاربرد های بسیاری در صنایع خودرو سازی، به خصوص عملیات مونتاژ هستند. از کلیپس ها به جای پیچ و مهره ها و یا در تودوزی اتومبیل ‏ها و کابل کشی ها استفاده می ‏شود. به دلیل ساختار کلیپس ها، مونتاژ آن ها عمدتا به صورت دستی انجام می شود. از این رو، شکل سطح تماس و تیز بودن سر کلیپس ها می تواند درد و ناراحتی های پوستی برای انگشت کارکنان ایجاد کند. این امر، ضرورت مطالعه ارگونومیکی را به منظور کاهش فشار های وارده بر کارکنان و افزایش بهره‏وری و سلامت آنها ایجاب می کند..
به منظور مطالعه میزان فشارهای وارد بر پوست، با توجه به وجود رسپتور های تشخیص درد در لایه میانی و بررسی میزان تنش های مکانیکی ایجاد شده در انگشت شست کارگران در حین کار با کلیپس ها، از روش المان های محدود(Finite Element Method-FEM)، که یکی از معتبرترین روش های محاسبات عددی و شبیه سازی کامپیوتری می باشد، بهره گرفته شده است. برای این منظور ابتدا مدل سه بعدی انگشت شست ازروی داده های سی تی اسکن نمونه دست واقعی ایجاد شد. البته برای تشکیل لایه های مختلف پوست از عملیات بولی (Boolean Operations) استفاده گردید. سپس شرایط مرزی تعیین و درنهایت ساختارهای مختلفی برای بررسی تاثیر شکل هندسی، اندازه و خواص مکانیکی کلیپس ها معرفی گردید.
به طور کلی، نتایج نشان می دهند که برای کلیپس هایی که سطح تماس آن ها با پوست انگشت شست فقط از لبه گرد برخوردارند، بیش ترین تنش فشاری در لایه میانی پوست، با افزایش شعاع انحنا، کاهش می یابد. در حالی که این نوع تنش در کلیپس های با ساختار ترکیبی در ناحیه لبه کلیپس (مرکب از انحنا و سطح تخت)، با افزایش شعاع انحنا به مقدار کمی افزایش می یابد. نتایج حاصل از محاسبات در مورد جنس کلیپس ها، نشان می دهند که نرم بودن جنس کلیپس فقط تا اندازه ای در کاهش تنش موثر است (فقط برای جنس های لاستیکی) ولی برای کلیه اجسام سخت از پلاستیک گرفته تا فولاد، شدت بیش ترین تنش فشاری برای همه موارد ذکر شده به صورت یکسان افزایش می یابد.
به طور کلی، نتایج نشان می دهد عوامل مختلفی مانند ساختار هندسی، جنس و خواص مکانیکی بر تنش وارد شده به انگشت دست در حین مونتاژ موثر می باشند. با این حال میزان تاثیر هریک از این عوامل متفاوت می باشد که این اطلاعات می تواند در طراحی ارگونومیکی کلیپس ها مورد توجه قرار گیرد.