Riassunto analitico
Il metodo agli elementi finiti è capace di simulare complessi fenomeni fisici permettendo di replicare esperimenti di varia natura con un elevato grado di accuratezza. Quando l’interazione fra aria e struttura diventa importante, la modellazione vibro-acustica permette di valutare la corretta dinamica del sistema considerando la meccanica di trasmissione delle onde sonore e delle vibrazioni.
L’obbiettivo di questo studio è quello di dimostrare come costruendo un modello FEM è possibile replicare le prove sperimentali usate per caratterizzare il comportamento del sound generator, inclusa la stima della vita a fatica.
La caratterizzazione comincia dal calcolo della sound transmission loss, utile per calibrare il sistema alle frequenze di interesse. Segue la valutazione della risposta in frequenza per comprendere la dinamica del sistema aria-struttura, prima tramite una prova di martellatura e successivamente usando le pressioni misurate sulla linea di scarico. In ultimo, utilizzando il criterio del danneggiamento cumulativo, prevedere la durata del componente soggetto ai carichi provenienti da un tipico utilizzo della vettura durante la sua vita.
I risultati ottenuti sono validi e mostrano un alto grado di correlazione con bassi scostamenti dai dati ottenuti sperimentalmente. La durata del componente calcolata è molto vicina a quella attuale con una differenza percentuale sul danno totale cumulato del 2.5%, confermando la validità del metodo e permettendogli di essere una economica alternativa agli esperimenti.
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Abstract
The finite elements method (FEM) can simulate complex physics phenomena permitting to replicate experiments of all kinds with a high accuracy grade. When the interaction between air and structure becomes important, the vibro-acoustic modelling permits to evaluate the dynamics of the system considering the mechanics of the wave propagation and vibration transmission.
The target of this study is to demonstrate how defining a proper FEM model is possible to replicate actual trials used to characterise the behaviour of the sound generator, including the fatigue life estimation.
The characterization starts from the sound transmission loss evaluation, useful to calibrate the system in the frequencies of interest. Follows the frequency response function assessment to comprehend the dynamics of the air-structure system, firstly using the impact hammer test and then the pressure measured in the exhaust line as sources of excitation. Eventually, through a cumulative damage study, predict the endurance of the component subjected to the loads of a typical use of the car during its life. The vibro-acoustic models have been realised in the Abaqus CAE environment while for the fatigue study, an Excel spreadsheet and a FEMFAT model have been implemented.
The results obtained are valid, showing a high correlation grade with low deviations from the values obtained experimentally. The endurance life prediction is close to the actual one, with a 2.5% divergence in the total damage cumulated, confirming the validity of the method and representing a means-saving alternative to the experiments.
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