Anche l'analisi a fatica dei componenti è divisa in due fasi: Analisi Strutturale e Analisi a Fatica.
Innanzitutto, l'analisi strutturale delle boccole delle sospensioni automobilistiche viene condotta utilizzando Abaqus/Explicit. Sulla base del modello numerico della boccola, vengono assegnate le proprietà del materiale, viene eseguita la mesh e applicati i carichi per calcolare e analizzare la deformazione alternata lungo l'asse verticale all'interno di un ciclo di onda sinusoidale.
Come applicare i carichi alle boccole in gomma? Impostare in base allo schema di movimento della boccola in gomma.
Quali sono gli schemi di movimento delle boccole delle sospensioni?
La figura seguente mostra il modello agli elementi finiti di una specifica boccola di sospensione sottoposta a carico radiale e il diagramma del contorno dei risultati del calcolo.
La curva di rigidezza della boccola (curva forza-spostamento) viene confrontata con i risultati sperimentali, dimostrando ulteriormente la validità del modello FEM stabilito. Come si può vedere dalla figura: l'analisi utilizzando i parametri iperelastici identificati dai provini dei materiali dimostra una buona coerenza tra i risultati sperimentali e quelli analitici sul diagramma carico-spostamento.
Successivamente, i risultati dell'analisi strutturale di cui sopra vengono trasferiti al modulo di analisi della fatica del software (in questo caso utilizzando il software FEMFAT di Magna ECS) e confrontati con i risultati dei test di durabilità. Il test e l'analisi dimostrano un'eccellente coerenza sia nella durata della fatica che nella localizzazione delle cricche.
Nei risultati del test, le cricche si sono propagate nella direzione circonferenziale e hanno avuto inizio dalla zona del materiale soggetto contemporaneamente a carichi assiali di trazione e compressione.
Il diagramma di Haigh dei risultati della simulazione della fatica per la boccola della sospensione rivela la frattura sotto rapporti di sollecitazione di compressione. Sebbene i carichi di trazione e di compressione siano applicati equamente al materiale in gomma, l'analisi indica che il cedimento alla fine inizia sotto compressione.
La verifica e l'ulteriore conferma hanno stabilito una metodologia di analisi della fatica dei componenti in gomma basata su curve S-N e diagrammi di Haigh.
[Stabilimento di un processo efficiente di progettazione di prodotti per veicoli attraverso la tecnologia di analisi della fatica] Applicando la tecnica di analisi della fatica proposta per componenti in gomma con isolamento dalle vibrazioni, è stato condotto uno studio parametrico su componenti realizzati con lo stesso materiale per indagare la relazione tra variazione geometrica (volume della gomma) e prestazioni di durabilità. La geometria del componente è stata derivata dal progetto della parte originale, con variazioni modellate tra cui:
● Aumento del diametro esterno del 15% e 30%;
● Aumento del 15% e del 30% sia nei diametri interni che in quelli esterni;
● Allungamento assiale del componente del 15% e 30%.
Metodi di carico: carichi radiali e torsionali
Sono state costruite sei distinte configurazioni geometriche e due diverse modalità di caricamento. I risultati della simulazione sono così riassunti:
(1) Carico di forza radiale: sei forme modificate più la forma originale.
(2) Carico di spostamento torsionale: sei forme modificate più la forma originale.
Le variazioni di tendenza rispetto alle due figure precedenti sono riepilogate nella Tabella 1: "Tabella di correlazione prestazioni-geometria".
Conclusioni della ricerca: quando viene aumentato solo il diametro esterno, la durabilità contro i carichi radiali diminuisce, la durabilità torsionale migliora e le prestazioni della molla diminuiscono. Quando si aumentano sia il diametro interno che quello esterno, la durata sotto carichi radiali e torsionali migliora, mentre le prestazioni della molla diminuiscono. Quando la lunghezza assiale viene aumentata, la durata sotto carichi radiali e torsionali migliora e le prestazioni della molla si irrigidiscono.
Questi risultati sono raccolti nella seguente "matrice delle prestazioni":
Precalcolando la durabilità e le caratteristiche della molla di varie varianti di progettazione attraverso programmi automatizzati, la precisione del catalogo delle prestazioni può essere ulteriormente migliorata attraverso continui aggiornamenti dei dati.
Per gli isolatori di vibrazioni in gomma, i requisiti prestazionali possono mirare a raggiungere un equilibrio ottimale tra la durabilità del carico radiale e la durabilità torsionale, oppure la durabilità torsionale può essere di particolare importanza. Per quanto riguarda le caratteristiche delle molle, mentre una rigidità della molla più morbida è spesso auspicabile per il rumore, le vibrazioni e il comfort di marcia, a volte sono necessarie molle relativamente più rigide per garantire precisione di manovrabilità e stabilità del veicolo. Poiché i dati di progettazione dei componenti con attributi prestazionali definiti vengono selezionati in base agli obiettivi prestazionali dell'intero veicolo e questi attributi sono intrinsecamente collegati ai parametri dimensionali, le dimensioni dei componenti possono essere decodificate a partire dalle metriche prestazionali desiderate. Questo approccio consente di stabilire obiettivi prestazionali durante la fase concettuale iniziale di sviluppo del veicolo, anche in assenza di disegni dettagliati, e consente di derivare layout approssimativi dei componenti in gomma in base alle prestazioni previste. Sfruttando questo catalogo delle prestazioni, le dimensioni dei componenti possono essere determinate fin dall'inizio in base alle specifiche prestazionali, eliminando la necessità di analisi FEM ripetitive, evitando iterazioni di progettazione e rielaborazioni durante le fasi di sviluppo dettagliate e facilitando la rapida implementazione di una pianificazione ad alta precisione.
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