Riassunto analitico
Questa tesi si propone di analizzare il comportamento termo-strutturale di un pistone per un motore a combustione interna ad alte prestazioni, utilizzando simulazioni FEM per valutarne la risposta alle condizioni operative più critiche. Ricorrendo al medesimo approccio metodologico, l’obiettivo principale del lavoro è quello di implementare dei modelli numerici con due codici così da ottenere risultati sovrapponibili o comunque con un margine di errore limitato. Pertanto, i risultati ottenuti attraverso i software Abaqus CAE e Marc Mentat sono confrontati in dettaglio, con l’obiettivo di identificare differenze nelle tecniche di soluzione, nell’accuratezza dei risultati e nell’efficienza computazionale di ciascun strumento.
Oltre a fornire un'analisi comparativa, la tesi si configura anche come una guida pratica per l’impostazione di una simulazione FEM di questo tipo. Ogni fase del processo è descritta accuratamente: dalla definizione del modello geometrico all’applicazione delle condizioni al contorno, fino alla post-elaborazione dei risultati. Questo approccio consente non solo di comprendere la teoria alla base delle simulazioni, ma anche di applicarla in un contesto concreto, facilitando il lavoro di chi dovrà affrontare studi simili in futuro.
L’analisi è stata condotta considerando tre fasi di funzionamento del motore: coppia massima, potenza massima e regime di giri massimo. Per ciascuna di esse sono stati approfonditi i tre punti critici del pistone: fase di combustione, spinta laterale e incrocio.
L’analisi termica ci ha permesso di esplorare la distribuzione delle temperature all'interno del pistone, evidenziando i gradienti termici più significativi tra il cielo e il mantello, i quali influenzano in modo determinante la geometria del componente durante il suo funzionamento. Successivamente, l’analisi strutturale ci ha permesso di valutare le sollecitazioni meccaniche derivanti sia dalle forze inerziali sia dalla pressione dei gas di combustione, fornendo un quadro dettagliato delle sollecitazioni a cui il pistone è sottoposto nelle diverse fasi del ciclo di lavoro del motore.
Il confronto tra Abaqus CAE e Marc Mentat ha evidenziato i punti di forza e le limitazioni di ciascun software, permettendo di comprendere come ognuno di essi affronti la modellizzazione e la risoluzione del problema. Questa comparazione non solo ha consentito di ottenere una valutazione accurata delle prestazioni dei due strumenti, ma ha anche fornito spunti utili per ottimizzare future simulazioni.
Infine, ci si propone di sviluppare e implementare un modello di fatica a vita finita basato sul criterio di Brown-Miller, con l’obiettivo di stimare la durata del pistone in condizioni operative reali, considerando il suo comportamento sotto carichi ciclici ripetuti. Questo approccio consente di prevedere l’affidabilità del componente e di contribuire alla progettazione di motori più durevoli e performanti.
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