Analisi FEM Transitoria di un telaio di automobile tramite MIDAS NFX
Si vuole analizzare il Case Study per l'analisi fem transitoria tramite Midas NFX di uno chassy di un autovettura sottoposta ad un impulso nella zona dell'ammortizzatore anteriore, per verificare gli stress massimi a cui è sottoposta la struttura e le accelerazioni a cui sono sottoposti i passeggeri.
GEOMETRIA E REQUISITI
La struttura da analizzare è una struttura molto semplice dal punto di vista costruttivo.
Si considera solamente la parte esterna dell'autovettura che si considera portante.
La parte di ammortizzatore, di paraurti e di telaio centrale sono idealizzati tramite modellazione matematica e non sono riportati.
La struttura è soggetta ad un impulso sull'ammortizzatore anteriore come quello in figura, con uno spostamento massimo impulsivi di 10 mm ed un tempo massimo di simulazione pari ad 1 secondo.
Figura 1: Carico Dinamico
Il materiale considerato è quello riportato in tabella.
Materiale | Acciaio |
Modulo di Elasticità | 210000 N/mm^2 |
Rottura | 400 N/mm^2 |
Snervamento | 300 N/mm^2 |
Poisson | 0.28 |
Tabella 1: Caratteristiche Del Materiale
Il fattore di sicurezza sul materiale è pari a 1.1
Il valore di ammissibile diventa 272 MPa (rispetto allo snervamento)
In figura 2 è rappresentata la geometria.
Figura 2: Geometria dello chassy
MODELLO FEM
La struttura è modellata tramite elementi shell con uno spessore pari a 2.5mm.
Per simulare le sospensioni ed il sistema si è utilizzata una modellazione con elementi rigidi in cui sono state applicate delle molle collegate a terra e nel cui centro è stata posizionata una massa concentrata pari al valore delle zone semplificate.
Per simulare la pavimentazione rigida della struttura è stato impostato un RBE con una massa concentrata pari al valore del carico trasportato più il carico passeggero.
L’altezza delle molle è pari a 500 mm. Nelle molle non è impostato il valore di smorzamento derivante dagli ammortizzatori.
In Figura 3 è riportata la griglia di calcolo utilizzata mentre in Tabella 2 sono riportati i valori di rigidezza delle molle ed i valori delle masse concentrate utilizzate.
Figura 3: Geometria e Mesh
| Zona Anteriore | Zona Posteriore | Pianale Centrale |
Molla | 500 N/mm | 500 N/mm | N/A |
Massa Concentrata | 500 kg | 300 kg | 400 kg |
Tabella 2: Caratteristiche Meccaniche Dei Parametri Concentrati
CONDIZIONI AL CONTORNO
Le condizioni al contorno sono impostate sulla parte inferiore degli ammortizzatori (tramite un vincolo di tipo fixed che vincola traslazioni e rotazioni) mentre il nodo della parte superiore degli ammortizzatori è vincolato lungo le traslazioni e rotazioni lungo il piano XY mentre sono permesse traslazioni verticali e rotazioni sul piano di simmetria della vettura.
Figura 4: Condizioni Al Contorno
ANALISI E POST PROCESSING
L'analisi è di tipo sovrapposizione modale, pertanto è necessario capire il numero minimo di modi da utilizzare. Per fare ciò si esegue un analisi modale da cui si ricava il valore della modale effettiva nella direzioni di riferimento. Se tale valore è superiore al 90%, allora il numero di modi è sufficiente.
Nel caso in esame sono stati calcolati i primi 10 modi.
Tabella 3: Analisi Modale
Essendo che si è interessati alla direzione T3 (quella verticale), si vede come in tale direzione, già utilizzando solamente i primi 3 modi si è in grado di rappresentare il 100% del comportamento della struttura.
Si sceglie pertanto di utilizzare i 10 primi modi calcolati.
Dall'analisi transitoria, si può notare sia l'andamento delle accelerazioni del nodo centrale (simulante il carico accelerativo sui passeggeri) sia il valore di stress massimo sulla struttura, conoscendo il nodo su cui si verifica.
Figura 5: Grafico Accelerazione Nodo Centrale
Figura 6: Grafico Nel Tempo Stress Von Mises Nodo 20853
Dal grafico si vede come il valore massimo si ha per il tempo 0.144 secondi.
Essendo il valore massimo ammissibile pari a 272 MPa, si potrebbe dire che la struttura non risulta verificata. Analizzando il campo di stress al relativo timestep, si nota come tale valore massimo è relativo alla zona di inserimento dell’elemento rigido. Perciò tale valore si può ipotizzare essere derivante dall’accoppiamento delle matrici. Si riporta in Figura 7 il campo di stress sullo chassy relativo a quel time step.
Figura 7: Von Mises Stress @ time (0.144 s)
CONCLUSIONE
Da quanto detto, si può dire che la struttura risulta verificata per il carico in esame.
N.B: Essendo questo un caso studio di nessuna valenza progettuale, molte trattazioni sono state omesse/trascurate.
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Ing. Francesco Grispo
fgcaeanalyst@gmail.com
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