Riassunto analitico
Il presente lavoro di tesi descrive il processo di studio di un modello per l’analisi dinamica del contatto pistone/canna cilindro e per la valutazione del campo termico in un ambiente CFD-3D. A seguito delle normative sempre più stringenti in materia di fuel economy ed emissioni, lo sviluppo di motori ad accensione comandata risulta fondamentale e sempre più impellente. In particolare, nell’attività di studio svolta in collaborazione con una delle aziende leader del settore automotive, Maserati S.p.A., ci si è focalizzati sul sistema pistone-cilindro, il quale rappresenta una delle maggiori fonti di perdite ed emissioni. Il lavoro svolto in una prima fase è consistito in una calibrazione del modello FEM Solid Stress presente nel software utilizzato Star CCM+, che consente il calcolo di stress e displacements scaturiti dall’applicazione di specifici carichi. Tale modello di calcolo è stato testato inizialmente su una geometria semplificata e puramente arbitraria, costituita da una singola fascia elastica e dal liner. Anche i dati inseriti nelle prime simulazioni sono puramente arbitrari per poi riprodurre, step by step, una fisica sempre più vicina alla realtà, sulla base di dati ricavati da una analisi multibody effettuata in precedenza dagli ingegneri dell’azienda, mediante l’utilizzo dei software AVL Exite e GT-Power. È stato inoltre studiato ed applicato a tale geometria, così come alle successive considerate, un modello per il calcolo del coefficiente di attrito variabile A seguito di una coerente strutturazione del modello e dei risultati soddisfacenti ottenuti, si è proceduto ad implementare la suddetta geometria semplificata, introducendo prima un maggior numero di elementi con caratteristiche simili a quelle adottate nella pratica ingegneristica e nella fase finale considerando una geometria complessa di specifici componenti.
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Abstract
This thesis work describes the studying process of a model for the dynamic analysis of the piston / liner contact and for the evaluation of the thermal field in a CFD-3D environment.
Following the increasingly stringent regulations on fuel economy and emissions, the development of ICE is fundamental and increasingly urgent.
In particular, the studio's activity carried out in collaboration with one of the leading companies in the automotive sector, Maserati S.p.A., focused on the piston-cylinder system. It represents one of the major sources of losses and emissions.
In the first phase the work carried out involved a calibration of the FEM Solid Stress model present in the software used Star CCM +. It allows the calculation of the stress and displacements resulting from the application of specific loads. This calculation model was initially tested on a simplified and purely arbitrary geometry consisting of a single piston ring and the liner.
Even the data entered in the first simulations are purely arbitrary. Subsequently, step by step, a physics ever closer to reality was reproduced, based on data obtained from a multibody analysis previously carried out by the company's engineers, using AVL Exite and GT-Power software.
A model for the calculation of a variable friction coefficient has also been studied and applied to this geometry, as well as to the subsequent considered.
Following a coherent structure of the model and the satisfactory results obtained, the above simplified geometry was implemented, first by introducing a greater number of elements with characteristics similar to those adopted in engineering practice and in the final phase considering a complex geometry of specific components.
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