Riassunto analitico
Lo studio prevede la validazione di una metodologia di calcolo termo-strutturale agli elementi finiti per la verifica di un pistone automobilistico ad elevate prestazioni.
L’attività di tesi viene svolta presso l’azienda HPE Coxa, la quale ha fornito modelli, software ed assistenza.
Particolare enfasi viene data all’influenza della non linearità introdotta dall’implementazione di un materiale elasto-plastico, il cui comportamento viene analizzato tramite il modello di Ramberg-Osgood, rispetto all’analisi condotta con un materiale elastico-lineare.
Dopo aver modellato la parte alta del manovellismo nella fase di pre-processing, si passa allo studio dell’analisi termica, la quale si propone di valutare flussi termici entranti e uscenti dal componente allo scopo di ottenere come risultato una mappa nodale di temperature.
Grazie alla collaborazione con il reparto di CFD 3D, che ha fornito una mappa di valori riguardanti le temperature dei gas e i coefficienti di scambio termico convettivo, è possibile rappresentare al meglio i flussi locali entranti che caratterizzano il cielo del pistone, mentre per i flussi di calore uscenti ci si rifà a studi termodinamici uniti all’applicazione di formule empiriche trovate in letteratura.
La mappa termica ottenuta viene imposta come condizione al contorno per l’analisi strutturale, la quale mira alla valutazione della resistenza meccanica del componente attraverso una valutazione dei caricamenti più gravosi che agiscono sul componente durante il ciclo di funzionamento del motore.
Grazie ad uno studio cinematico e dinamico del manovellismo vengono identificati quattro load case che maggiormente minano la resistenza del componente: combustione, incrocio, massima spinta e massima controspinta.
Successivamente si passa alla valutazione della fatica ad alto numero di cicli, che viene studiata attraverso un criterio multiassiale detto metodo di Dang Van, il quale permette di unire i load case precedenti ai fini della valutazione di una mappa di coefficienti di sicurezza ottenuti per i vari nodi del componente.
Ciò permette di identifica le zone maggiormente a rischio per la nucleazione della cricca di fatica, e di conseguenza le zone in cui si ha un’elevata probabilità di rottura.
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