Tesina_LowNoise_OB1_MarioSabatino.pdf

7/23/2019 Tesina_LowNoise_OB1_MarioSabatino.pdf

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R I A S S U N T O

Il presente lavoro espone i risultati della fase progettuale finale e lattivit di stage azien-

dale afferenti il progetto formativo Low Noise: Progettazione e sperimentazione di si-

stemi e componenti avanzati afferenti ai sistemi di insonorizzazione interna veicolo e

rumore di rotolamento.

Tale documento si compone di due parti distinte:

Nella prima verr descritta lattivit sperimentale e progettuale effettuata al CNR

Istituto motori riguardante lutilizzo di due diversi approcci per lanalisi di struttu-

re accoppiate in presenza di trattamenti superficiali.

La seconda parte invece rappresenta una descrizione dellattivit condotte al Cen-

tro Ricerche Fiat e riguardante la progettazione di un sistema di bloccaggio sempli-

ficato dello schienale di sedili posteriori per autovetture.

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I N D I C E

I approcci per analisi di strutture accoppiate in presenza di trat-

tamenti superficiali 3

1 i nt ro du z io n e 4

2 reduced im pedan ce approach 6

3 a c qu i s iz i o ni s p e ri m e nt al i 12

4 a d mi t ta n ce a p p roa c h 16

II sintesi attivita

stage aziendale 18

2
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Parte I

A P P R O C C I P E R A N A L I S I D I S T R U T T U R E A C C O P P I AT E

I N P R E S E N Z A D I T R A T TA M E N T I S U P E R F I C I A L I


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1I N T R O D U Z I O N E

Il presente elaborato si articola in tre parti:

la prima parte descrive lapproccio dellimpedenza ridotta, di natura completamen-

te numerica;

la seconda parte tratta di prove sperimentali effettuate su unautovettura al fine di

ricavare i dati di ammettenze con lausilio di una sonda pv (pressure velocity);

la terza ed ultima parte concerne la Direct frequency responce analysis, effettua-

ta inserendo nel modello numerico le impedenze ricavate sperimentalmente. Lo

scopo e quello di valutare leffetto di trattamenti con materiali porosi sul comfort

acustico allinterno dellautoveicolo.

Lanalisi di risposta in frequenza (FRF) di strutture nelle quali sono presenti, oltre al-

laccoppiamento fluido - struttura, anche superfici trattate con materiali porosi, risulta

particolarmente complessa. Labitacolo di unautovettura un classico esempio di strut-

tura siffatta.

Una delle difficolt da affrontare la diversa densit delle mesh di struttura e cavit

acustica; a questa si aggiunge, come accennato nei capitoli precedenti, la difficolt di

modellare materiali porosi, data lincertezza sullassegnazione delle propriet.

Utilizzando i softwares FEM della suite MSC, possibile modellare una struttura trat-tata mediante due aprocci diversi: il REDUCED IMPEDANCE APPROACHe lADMITTANCE

APPROACH. Il primo approccio consiste nelleffettuare lanalisi di risposte in frequenza

modale (SOL111), noti i modi strutturali e di cavit disaccoppiati e le propriet dei ma-

teriali porosi; il secondo, invece, consente di evitare la modellazione dei materiali porosi,

ed assegnare lammettenza lungo le superfici come condizione al contorno. In questul-

timo caso, la FRF utilizzata quella di tipo diretto (SOL 108).

Mentre per lo sviluppo del primo metodo, necessaria la conoscenza delle propriet

dei materiali poroelastici, il secondo metodo consente di importare esclusivamente risul-

tati sperimentali di ammettenza o impedenza, direttamente nel solutore.

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In particolare, la modalit utilizzata nelle prove sperimentali per la valutazione di tali

parametri quellain situ, ossia i parametri di interesse sono stati valutati in campo vici-

no e nellambiente di misura, costituito dallabitacolo, senza la necessit di condurre le

prove in camera anecoica.

I valori dellimpdenza cos ottenuti sono stati importati nel modello numerico.

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2R E D U C E D I M P E D A N C E A P P R O A C H

Obiettivo di questa sezione e introdurre lutilizzo di componenti, trattati superficialmen-

te, allinterno del modello numerico con lo scopo nella sequenza di soluzione modale.

attraverso la comprensione dei differenti approcci modale e diretto, scegliendo la solu-

zione appropriate in termini di performance ed accuratezza

A tale scopo e stata considerata la radiazione di rumore, dovuta alla vibrazione della

paratia parafiamma indotta da una forzante, allinterno dellabitacolo di unautovettura;

in particolare, come visibile in Fig.I.1, tra la paratia in acciaio e labitacolo e inserito un

rivestimento di materiale poroso.Il processo di modellazione, schematizzato in Fig.I.2, avviene in quattro passi:

Figura I.1: Rappresentazione del modello numerico.

1. Calcolo dei modi propri disaccoppiati della struttura del dashboard in acciaio edella cavit acustica, senza trattamento. Questi calcoli possono essere eseguiti con

un qualunque solutore (Fig.I.3). Questa fase del metodo relativamente semplice:

le due strutture sono disaccoppiate, e possno essere quindi studiate separatamen-

te , riducendo lonere computazionale. Le due mesh avranno chiaramente densit

diversa, essendo diverse le velocit di propagazione dei disturbi di pressione, ma

sar comunque possibile accoppiarle in un secondo momento.

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Figura I.2: Schema a blocchi del processo di modellazione.

Le due analisi modali (SOL103) possono, come detto, essere effettuate con qualun-

que solutore, ma , dovendo essere successivamente importate nel software MSC

Actran, necessario che il formato dei risultati risulti di tipo .op2.

Partendo dai modelli agli elementi finiti, i modi vengono calcolati per la strutturaper frequenze fino ai 1000Hz, per la cavita fino a 450Hz. Il range differente di fre-

quenze di estrazione dei modi dipende dal fatto che il numero di modi utilizzati

per la composizione della FRF e100 mentre la densita modale dei due componen-

ti e diversa.

2. Calcolo dellimpedenza ridotta delle superfici trattate, mediante MSC Actran. Que-

sta funzione consente di calcolare leffetto del trattamento superficiale a partire

dalle composizioni modali disaccoppiate di struttura e cavit acustica, calcolate

nel passo precedente. Il componente trim, posizionato tra la paratia parafiammae la cavita, e costituito da uno strato poroso e da un setto (Fig. I.4). La discre-

tizzazione e modellazione agli elementi finiti viene modellando con elmenti 3D lo

strato di materiale poroso, il setto di separazione e lo strato di aria, necessario per

laccoppiamento con la cavita. Le superfici di accoppiamento su entrambe le facce

esterne del trim, invece, sono state modellate con elementi2D.

Questo processo ha come output un file OP4 che contiene un database con le

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impedenze ridotte del trim modo per modo

3. Calcolo dei parametri modali accoppiati fluido struttura, effettuato tramite il mo-

dulo MODAL COUPLING di Actran. In questo modo, possibile calcolare lac-coppiamento fluido struttura senza la presenza del trim partendo dalle estrazioni

modali disaccoppiate precedentemente computate.

4. Calcolo della funzione di risposta in frequenza dellintero modello. Questo step

pu essere effettuato in Actran, mediante il MODAL SOLVER, oppure in Nastran,

utilizzando il modulo ACTRIM.

Figura I.3: Rappresentazione dei modi propri disaccoppiati

Figura I.4: Rappresentazione schematica materiale poroelastico

Una volta estratti i modi propri di struttura e cavit disaccoppiati (SOL 103) e calco-

lata limpedenza ridotta del trim (TRIM DATABASE), stata applicata una forza, di 1

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N, in corrispondenza di un nodo del dashboard ed stato creato un nodo sensore sul

dashboard stesso. La risposta del sistema stata calcolata dai 70Hzai 250Hz, con passo

2Hz.

Figura I.5: Pressione quadratica media in cavit: effetto dei trattamenti superficiali.

Leffetto del trattamento superficiale mediante il metodo dellimpedenza ridotta puo

essere apprezzato nel confronto di Fig. I.5, dove sono rappresentate le pressioni qua-

dratiche medie in cavit rispettivamente senza trattamento, con superficie porosa e consuperficie porosa con setto elastico.

Come si pu notare, leffetto del trattamento crescente con la frequenza.

Il contributo allattenuazione dei picchi modali espresso dal solo materiale poroso de-bole, ma costante, lungo tutto lo spettro investigato, mentre quello del setto elastico

molto consistente alle medie frequenze, e non ha effetti migliorativi alla basse frequenze.

Con riferimento alla Fig.I.6,leffetto del trattamento a110Hz addirittura peggiorativo,

introducendo un picco, dovuto probabilmente al comportamento membranale del setto

elastico.

Leffetto migliorativo in termini di comfort acustico, invece, chiaramente visibile in

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Fig.I.7, dove il trattamento introduce un sostanziale abbattimento del rumore interno.

Figura I.6: Pressione quadratica media in cavit: effetto dei trattamenti superficiali a 110Hz.

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Figura I.7: Pressione quadratica media in cavit: effetto dei trattamenti superficiali a 216Hz.

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3A C Q U I S I Z I O N I S P E R I M E N TA L I

Durante la prima fase del lavoro svolto sono state condotte prove sperimentali sullauto-

veicolo Alfa Romeo modello Giulietta 1.6JTDM 120 cv che hanno permesso di ricavare

i valori di potenza acustica emessa dal motore, quelli di impedenza acustica dei sedili e

del materiale poro-elastico fonoassorbente ed il rumore interno in tre diverse condizioni

di funzionamento del propulsore:

1. 800rpm

2. 1500rpm

3. 2000rpm

I dati di potenza acustica del propulsore e quelli di impedenza dei componenti interni

labitacolo saranno utilizzati nella successiva fase di modellazione numerica come con-dizioni al contorno del modello mentre invece i valori di rumore interno valutato sia in

termini di spettro in frequenza sia in termini di overall level, consentir il confronto tra i

risultati sperimentali e quelli numerici consentendo la validazione del modello. Durante

le prove sperimentali lautovettura stata posizionata su un banco a rulli ed opportuna-mente vincolata. Il raffreddamento del propulsore stato affidato ad una ventola posta

davanti la vettura con lo scopo di convogliare un opportuno flusso daria (Fig.I.8).

(a) . (b)

Figura I.8: Autovettura sul banco a rulli (a) e sistema di raffreddamento (b)

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La potenza acustica emessa dal propulsore e i valori di impedenza dei sedili interni

sono stati rilevati mediante la sonda P-U Microflown adatta alle misure in campo vicino.

La scansione stata eseguita ad una distanza di circa 2 cm dalle superfici. La procedura

di mappatura del campo acustico utilizzata detta Scan and Paint.

Tale tecnica si basa sullacquisizione della pressione acustica e della velocit delle parti-

celle daria muovendo manualmente la sonda allinterno del campo acustico mentre una

videocamera posta davanti la superficie riprende la scansione. La posizione della sonda

ottenuta nella fase di post-processamento applicando ad ogni fotogramma il traccia-

mento automatico dei colori. In questo modo possibile dividere la registrazione in

diversi segmenti applicando un algoritmo di discretizzazione spaziale. Ogni frammento

del segnale acquisito dalla sonda legato alla posizione della sonda durante la misura.

Le variazioni spettrali nellarea di misura sono computate analizzando la porzione del

segnale di ogni sezione della griglia. Il collegamento tra le coordinate2D dellimmaginee le coordinate 3D dello spazio reale ottenuto definendo la corrispondenza tra pixel e

metri. In questo modo possibile visualizzare direttamente sullimmagine catturata le

variazioni acustiche in termini di pressione, velocit delle particelle o intensit acustica.

Per la caratterizzazione acustica dellabitacolo e la valutazione della sua qualit acu-

stica sono stati utilizzati quattro microfoni, fissati ai poggiatesta dei sedili anteriori e

posteriori allaltezza delle orecchie dei passeggeri dellautoveicolo.

La Fig.I.9 mostra la configurazione e gli strumenti utilizzati per le misure che consi-

stono in:

1. Sonda P-U Microflown2. Laptop equipaggiato con il software di acquisizione Scan and Paint

3. Sistema di acquisizione MFDAQ-2

4. Web camera

5. Analizzatore FFT multicanale (Scadas III acquisition system)

6. Quattro trasduttori di pressione (Microflown Class1 ICP microphones)

m isure acustich e in cam po vicin o

Quando la distanza del sensore dalla superficie circa uguale alla lunghezza donda

acustica, il campo acustico considerato vicino. La maggior parte dei metodi per ottenere

la pressione sonora, la velocit delle particelle e lintensit sonora da misure al di fuori

del campo vicino sono effettuate in ambiente anecoico ed in condizioni specifiche di

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prova. Al contrario il metodo diretto che consiste nel misurare la pressione sonora e

la velocit delle particelle vicino alla superficie, pu essere applicato in campo diffuso

e con sorgenti sonore correlate e non correlate. In questo modo sono possibili misure

sperimentali allinterno dellautoveicolo cos come lidentificazione delle sorgenti sonore

presenti nel propulsore. La sonda p-u Microflown la combinazione di un microfono

ed un trasduttore di velocit. Essa misura direttamente lo scalare pressione acustica

ed il vettore velocit della particella acustica in un punto, dando in uscita lintensit o

limpedenza superficiale. Il sensore di velocit un trasduttore costituito da due sottili

fili di platino mantenuti alla temperatura di 200 C. Il moto dellaria circostante produce

una differenza di temperatura tra i due fili proporzionale alla velocit delle particelle.

Prima dello sviluppo delle sonde p-v, la stima della velocit delle particelle in un punto

era ottenuta valutando la differenza di pressione rilevata attraverso due microfoni in fase

tra loro (metodo p-p). Grazie al vantaggio delle misure dirette di velocit in campo vicinola sonda p-v non influenzata dal rumore di fondo e dalle riflessioni. In questo modo

le misure possono essere acquisite in condizioni reali di prova. Le dimensioni ridotte

della sonda consentono di ottenere unelevata risoluzione spaziale se confrontata con

altri metodi di misura. La banda di frequenza che pu essere indagata estremamente

ampia; in teoria essa va molto al di sotto dei 20 Hz ed al di sopra dei 20 kHz. Tuttavia

alle basse frequenze aumenta lerrore di misura dellintensit a causa della diminuzione

della distanza relativa (ossia la distanza di misura confrontata con la lunghezza donda)

e quindi allaumento della parte reattiva del campo acustico. Lerrore di misura decresce

aumentando la distanza della sonda dalla superficie di misura.

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(a) Sonda P-U Microflown. (b) Software Scan and Paint.

(c) Sistema acquisizione MFDAQ-2. (d) Scadas III.

(e) Microflown Class I ICP microphones.

Figura I.9: Configurazione sperimentale

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4A D M I T TA N C E A P P R O A C H

Diversamente da quanto fatto nella sezione precedente, dove la modellazione di strutture

con trattamenti superficiali richiede la conoscenza delle proprieta del materiale poroso,

in questa sezione si vuole introdurre un metodo diverso, che consente di modellare una

struttura con accoppiamento fluido-struttura senza dover modellare il materiale poroso.

In particolare, con il software MSC Actran e possibile modellare un materiale poroso im-

ponendo lammettenza, in funzione della frequenza, come condizione al contorno lungo

le superfici trattate.

Questo tipo di approccio ha un duplice vantaggio: da un lato, e possibile impostareuna FRF diretta in un unico passaggio, e dallaltro e possibile caricare dati sperimentali

tramite tabelle.

Al fine di poter valutare leffetto di un trattamento con materiale poroso sul comfort

acustico dellautoveicolo, e stato modellato numericamente labitacolo della vettura stu-

diata sperimentalmente nella sezione (precedente). Il trattamento superficiale e stato

simulato utilizzando le impedenze acquisite sperimentalmente mediante sonda p-v.

In Fig.I.10e visibile il modello, opportunamente validato. La cavita e modellata conelementi TETRA, opportunamente dimensionati con il criterio

8, e sulla superficie in

corrispondenza del dashboard e stata imposta la condizione al contorno di ammettenza.

Come sorgente, e stato creato un monopolo in corrispondenza del dashboard, e, per

simulare la percezione in cabina, e stato modellato un microfono ad altezza testa del

passeggero.

In Fig.I.11 sono rappresentate le FRF eseguite mediante il modulo DIRECT FRF di

Actran, rispettivamente senza e con il trattamento superficiale. Come accaduto nel caso

precedente, leffetto del trattamento superficiale inizialmente non e apprezzabile, e siavverte solo oltre216Hz.

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(a) Modello della cavit acustica. (b) Posizione del microfono.

Figura I.10: Modellazione della cavit acustica del modello Alfa Romeo Giulietta.

Figura I.11: SPL in cavit: effetto dei trattamenti superficiali.

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Parte II

S I N T E S I AT T I V I TA S T A G E A Z I E N D A L E


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Nel corso del periodo di tirocinio presso il Centro Ricerche Fiat mi sono occupato

dellaprogettazionediunsistemadiritenutaperschienaliribaltabilidisediliposterioriperautovetturedelsegmentoA.

Ilmeccanismodiritenutaschienaledeisediliposterioriequelmeccanismocheconsenteilblocco e losblocco delloschienale in modo da consentire laseduta deipasseggeri ol' aumentodelpianodicaricodelbagagliaiocomemostratoinFig.II.1

Figura II.1: Sistema di abbattimento dello schienale per sedili posteriori

Esso si compone di due subassiemi principali (fig.II.2):

unsistemadibloccoveroeproprio,generalmentesolidalealloschienale

unoscontrinodiaggancio,solidalealtelaiodell'autoveicolo

Figura II.2: Sistema di blocco schienale sedili posteriori Fiat Panda 2012

Laprimafasedellavorosvoltoestataladefinizionedeirequisitifunzionalicheilmeccanismodevepossederealfinedisoddisfarel'obiettivodirealizzareunmeccanismo

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di blocco semplice ed economico.

Sono stati quindi analizzati i meccanismi attualmente utilizzati sulle vetture Lancia Y e

Fiat Panda di cui si riportano di seguito alcune immagini (figII.3).

(a) (b)

Figura II.3: a) Meccanismo di blocco utilizzato nella Lancia Y 2011(esploso); b) Meccanismo di

blocco utilizzato nella Fiat Panda2012

Comesievincedalleimmaginiproposteimeccanismianalizzati,presentanounnume-

rodipartivariabile,inognicasosuperioreadiecicomponenti,unadiscretacomplessitdelcinematismoconnumeroseparti inmovimento edunpesosuperioreai 450gr.Perquanto riguarda i materiali utilizzati per le varie parti componenti il meccanismo essisonocostituitidaacciaio,utilizzatoperlepartistrutturaliepolipropilenerinforzatoconfibredivetro,utilizzatopericomponentimenosollecitati.Inseguitoall' analisideimec-

canismiinusosiindividuatoquindicomeparametrichiaveperlarealizzazionediunsistemadibloccoschienalesemplificatoiseguentiparametri:

Riduzione della complessit cinematica del meccanismo

Riduzione del numero di parti necessario

Riduzione del peso

Successivamentestatacondottaun' analisidiconcorrenzaperverificarelesoluzioniincommercioadottatedaiproduttoriconcorrentichemegliorispondonoagliobiettivi

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definiti.

Dalla ricerca sono emerse due soluzioni particolarmente interessanti per la loro sempli-

cit e il basso numero di parti utilizzate nel cinematismo.

La prima soluzione quella adottata dalla Dacia Duster 1.5 Dci che consta di solo tre

componenti (fig.II.4):

una leva di blocco, realizzata in poliammide rinforzata con fibre di vetro

una molla di richiamo

una vite di fissaggio

Il peso totale del meccanismo di 387 gr.

Le immagini inoltre mostrano la presenza di un telaio o una mostrina in acciaio interno

alla leva con funzione di rinforzo.

Figura II.4: Sistema di blocco schienale Dacia Duster1.5Dci

La seconda soluzione trovata quella adoperata sulla Toyota IQ 1.0del 2009(fig.II.5).

Il numero e la tipologia di componenti rimane praticamente la stessa del caso precedente

fatta eccezione per un elemento di blocco metallico. Il peso totale del meccanismo di

soli 204 gr. La leva in questo caso realizzata in polipropilene rinforzata con fibre di

vetro.

Entrambe questi meccanismi presentano una struttura analoga mentre a variare so-no solo la forma della leva e il posizionamento del meccanismo. Il funzionamento delmeccanismo estremamente semplice essendo costituito da una leva libera di ruotare

intornoad

un

asse

solidale

allo

schienale.

Il

blocco

dello

schienale

ottenuto

semplice-

mente facendo ruotare la leva intorno al proprio asse e consentendo l' aggancio con lo

scontrinosolidalealtelaiodell' autoveicolo.L' utenteinfasediazionamentodovrcon-trastarelaforzadirichiamoesplicatadallamolladitorsionechegarantisce lachiusuradelmeccanismo.

Lapienarispondenzadeimeccanismianalizzatiairequisitiprogettualidefinitinellafa-

se iniziale ha determinato la scelta di utilizzare gli stessi comebase progettuale per il

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Figura II.5: Sistema di blocco schienale Toyota IQ 1.0 2009

meccanismo oggetto di studio. La fase successiva stata la definizione dei vincoli norma-tivi,meccaniciedergonomici.DalpuntodivistanormativolanormacomunitariaECE17"Approvalofseats,anchoragesandheadrestraintsimponecondizionidiresistenzameccanica e di geometria per sedili e componenti facenti parte degli stessi. Tale normainoltre descrive le modalit di test per valutare la resistenza all' impatto con eventualibagaglicontroisediliposteriori,deisistemidiritenutaedeipoggiatesta.Iltestprescrive

diutilizzaredueblocchidelpesodi18kgciascunopersimularelapresenzadibagagli.Ilveicolocoscaricatoverrsoggettoadun' accelerazionetaledagarantireunavelocitdiimpattodi50km/h(fig.II.6).

Iltestrisultasuperatoseinseguitoall' urtoisistemidiritenutadeisediliposterioriresi-stonoalcaricoenonsisbloccano.Inoltreeventualideformazioniorottureparzialinon

devonoaumentare

il

rischio

di

infortunio

degli

occupanti

dell

'autoveicolo.

Figura II.6: Test di impatto da bagagli per sedili posteriori

Oltre il superamento del test dinamico appena descritto tale norma impone:

assenzadielementisporgentichepotrebberoarrecaredannoaglioccupantidell' autoveicolo

in caso di collisione

assenza di elementi spigolosi con raggi di curvatura maggiori di2.5mm

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evitare la presenza di fessure che potrebbero determinare la caduta accidentale di

oggettiall'internodelsedileol'inserimentodelledita

Sulla base dei vincoli normativi suesposti e delle specifiche tecniche dei meccanismi incommercio si passati alla definizione dei requisiti meccanico-strutturali per il sistema

di ritenuta e che vengono elencati nella tabella seguente.

Accelerazione direzione X [g] 60

Accelerazione direzione Y [g] 30

Accelerazione direzione Z [g] 20

Carico statico direzione X [kN] 25

Carico statico direzione Y [kN] 20Carico statico direzione Z [kN] 12.5

Forza di blocco massima [N] 120 30

Forza di sblocco massima [N] 40 10

Tolleranza direzione X [mm] 4

Tolleranza direzione Y [mm] 5

Tolleranza direzione Z [mm] 4

Rumorosit

Nessun scric-

chiolio udibileda una distanza

100mm dalla

sorgente

Tabella1: Requisiti meccanici del sistema di blocco

Inparticolareilmeccanismotestato infasediurtosarsoggettoadunaaccelerazionelungolaternadiassix,y,zindividuatadall'autoveicolo(fig.II.7)rispettivamentedi:60,

30e20G.

QuestodeterminauncaricoindirezioneX 25kN,indirezioneY 20kNeindire-zioneZ 12.5kN.

Laforzadibloccomassimasardi120kNmentreesigenzedinaturaergonomica(forza

massimache l'utenteritienenonsconfortevole) limitano la forzanecessariaallosbloccodel dispositivoa 40 N. Le tolleranze disponibili sono di 4 mm in direzione X e Z e di

5mm indirezioneY.Mentredalpuntodivistadelrumoreper ildispositivo imposta

la condizione che nessun scricchiolio sia udibile da una distanza maggiore di 100 mm

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Figura II.7: Sistema di riferimento solidale allautoveicolo

dallasorgente.

Dopolanalisidellostatodellarteedeirequisitisipassatiallafasediprogettazione,sviluppocadesimulazione.

I softwares impiegati in tale fase sono stati: Rhinoceros 3D, modellatore solido per su-perfici,utilizzatoperlosviluppodellegeometrieedilsoftwareSimwise4D,softwaredisimulazionecinematicaedanalisistrutturalemedianteilqualesisviluppatal' analisicinematicadelmeccanismoelaverificastaticadellostesso.

Perquantoriguardalatipologiaelageometriadelsistemadibloccosioptatoperuna

configurazione "a gancio" simile a quella adottata dalla Toyota nel suo modello IQ. LasoluzionepropostadaToyotapresentauna levacostituita inpolipropilenecaricatacon

fibre di vetro con una resistenza meccanica di 64,5 MPa ed un peso di 157 gr. Le simu-

lazioni statiche condotte sul componente per hanno messo in evidenza il non rispetto

dei vincoli normativi e meccanici.

Ci dovuto al fatto che tale meccanismo impiegato su Toyota IQ, auto monovolu-me priva di bagagliaio e quindi non soggetta ai vincoli normativi imposti dalla ECE 17.

Per aumentare la resistenza meccanica del componente pur mantenendone la forma e la

semplicit costruttiva sono state apportate due modifiche al progetto originario Toyota.

La prima riguarda il materiale della leva che stato sostituito con poliammide caricato

con fibre di vetro che possiede una resistenza meccanica 2,3 volte maggiore (150 Mpa)rispetto al polipropilene usato nella soluzione originaria.Lasecondamodificahariguardatol' inserimentodiunapiastradirinforzoinacciaioC20,spessa0.7 mm capace di assorbire i carichi impulsivi in caso di collisione. Rispettoallasoluzione originale inoltre sono state variate le dimensioni della leva in particolarelaaltezzastataridottada80mma55mmcoscomelospessoreche stato ridotto di

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10 mm.Questohacomportatounariduzionedelpesodicircail65%passandoda157grasolo49grdellanuovasoluzione.IlconfrontotralasoluzioneToyotaedilnuovoprogettoraffiguratonellafiguraseguen-

te.

Figura II.8: Confronto tra la soluzione Toyota (a destra) ed il modello proposto (a sinistra)

Durantelafasediprogettazioneesviluppocadparticolareattenzionestatariservataalladeterminazionedellageometriadelgancio.

Lasceltadellagiustageometriainfattifondamentalepergarantirelatenutadelgancioedevitarnelosblocco.

Seda

un

lato

infatti

la

geometria

deve

favorire

l'imbocco

dello

scontrino

ed

una

chiu-sura agevole esenzasforzodel gancio da parte dell'utente, dall'altrodeve impedire il

disimpegno del meccanismo sia in fase di urto che nelle normali condizioni operativeallequaliilmeccanismosarsoggetto.

Dopo la creazione della geometria il modello stato sottoposto ad una simulazione

cinematica. In fase di simulazione sono state valutate le condizioni operative di funzio-

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namentodelmeccanismo. Inparticolaresonostatevalutate larotazionedelgancioe la

forza necessaria alblocco del dispositivo. Per quanto riguarda la rotazione del gancionecessaria alla chiusura del meccanismo dalla simulazione si ottenuto un valore di

44.6.Per ladeterminazionedellaforzadichiusura invecesonostateprese inconsiderazionele forzedi attrito che sigeneranonel moto relativo tra leva e scontrino. In particolareessendolalevacompostadiduemateriali,poliammideeacciaiositenutocontoduran-

telasimulazionedeldiversocoefficientediattritotramaterialidifferenti.Inparticolaresiconsideratouncoefficientediattritostatico trapoliammideedacciaiodi0.46e traacciaio-acciaiodi0.74.

Inserendoquestiparametriall'internodelsoftwaresivalutatalacoppianecessariaallosganciodellalevailcuivaloredi180N*mm.Supponendoapplicatalaforzadisblocco

ad

una

distanza

di24

mm

dall'

asse

di

rotazione

si

calcolato

per

la

stessa

un

valore

di

7.5N.Benaldisottoquindidei40Nraccomandatidaivincoliergonomici.

Figura II.9: Forza necessaria allo sgancio del dispositivo

Infine sul meccanismo sono state effettuatedelle simulazioni statiche pervalutare il

comportamentodeldispositivoincasodiurto.Lesimulazionisonostateeffettuateappli-

candoduecarichidimoduloparia12,5kNalledueestremitdidestradelloscontrino.

Le forzeapplicatesulloscontrinovengonocontrastatedalgancio.Sonostateeffettuatequattro simulazioni in ognuna delle quali si variata la direzione di applicazione deicarichi allo scopo di testare la resistenza del dispositivo in diverse condizioni di urtomentreinvecel'intensitdelcaricorimastainvariata.

L' esitodellesimulazionicondottestato,perognicondizionedicarico,positivo.Lesimulazioni hanno evidenziato la tenuta del meccanismo che in fase di urto nonsisgancia e riesce a resistere senza rotture al carico. La tensione massima equivalente

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Figura II.10: Simulazioni agli elementi finiti in quattro diverse condizioni di carico

rilevataintuttelecondizionidicaricoinferiorealvalorelimiterappresentatodalcaricodirotturadell'acciaoC20usatocomeelementodirinforzo.

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