Riassunto analitico
Negli ultimi anni, i modelli ad elementi finiti hanno raggiunto un grado di precisione considerevole, essendo composti da milioni di gradi di libertà. Conseguentemente, il costo computazionale e la potenza di calcolo richiesti per le simulazioni sono cresciuti drasticamente. Nell’ottica di ridurre la durata di queste simulazioni, differenti soluzioni possono essere investigate e approfondite.
In questa tesi, un approccio basato sulla Sottostrutturazione Dinamica (DS) è applicato ad un problema di Rumore, Vibrazioni e Comfort (NVH) in ambito Automotive. In particolare, l’oggetto di studio è il telaio di un veicolo stradale ad alte prestazioni, con sottosistemi annessi. Nella vastità dell’approccio della DS, particolare attenzione è riposta nella metodologia conosciuta come Component Mode Synthesis (CMS), che permette di ridurre sottoinsiemi di strutture a semplici matrici, che tuttavia conservano le informazioni dinamiche del sistema di partenza. Questa tecnica è basata su due principali filoni teorici: uno basato su nodi di interfaccia vincolati, conosciuto come metodo di Craig-Bampton; l’altro basato su nodi di interfaccia liberi, conosciuto come metodo Craig-Chang. L’influenza di vari parametri è investigata, quali la dimensione della base di riduzione, la rigidezza delle connessioni, l’algoritmo di risoluzione, e molto altro. Quindi, i risultati delle due diverse condensazioni modali sono comparati, come pure il costo computazionale dei modelli condensati in relazione a quello del modello intero.
Infine, una nuova metodologia è proposta come prassi aziendale per analisi strutturali e NVH. Questa ha come vantaggio una notevole diminuzione dei tempi di calcolo, senza alcuna perdita in termini di accuratezza della risposta dinamica del sistema. Inoltre, la coerenza fisica dei fenomeni vibratori è mantenuta intatta.
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Abstract
Over the years, finite element (FE) models have gained more and more detail, consisting of millions of degrees of freedom (DoFs). Consequently, the computational cost and the power required for simulations have increased dramatically. In order to shorten this time, different solutions can be investigated.
In this thesis, the Dynamic Substructuring (DS) approach is applied to a Noise, Vibration and Harshness (NVH) problem in Automotive field. In particular, the object of the analysis is a Trimmed Body Chassis of a supercar. In the vastity of DS, a special focus is put on the methodology known as Component Mode Synthesis (CMS), that allows to reduce a structure into mere mass and stiffness matrices that store the dynamic information of the starting system. This is based on two principal theory strands: one based on fixed interface points, called Craig-Bampton Method; the other based on free interface points, called Craig-Chang Method. The influence of various parameters is investigated, such as the dimension of the reduction basis, the stiffness of the connections, the algorithm of the solver, and much more. Then, the results of the two different condensation are compared, as long as the computational cost referred to the one of the full finite element model.
Finally, a new best practice is proposed as standard methodology for structural and NVH analysis. This will bring far less computational time without losing in accuracy of the dynamic response. Furthermore, the coherence of the physical phenomena is kept.
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