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LaboratorioProgettazionedeltelaio

Lezione:01/06/17

(Continuazionedellalezioneprecedentedilaboratorio)

Scopolezione:analisistaticaedinamicadiunamonoscoccasemplificatatipoformulaSAE.

Scaricodawiki,nellasezione“FEM:telaiotipoformulaSAEsemplificato”,iseguentifile:

• https://cdm.ing.unimo.it/dokuwiki/_media/wikitelaio2017/telaio_monocoque_2017_v009b.mud• https://cdm.ing.unimo.it/dokuwiki/_media/wikitelaio2016/inerzia_parallelepipedo_equivalente_m

otore.ods• https://cdm.ing.unimo.it/dokuwiki/_media/wikitelaio2016/inerzia_parallelepipedo_equivalente_gr

uppi_mozzo.ods• https://cdm.ing.unimo.it/dokuwiki/_media/wikitelaio2016/telaio_monocoque_solomasse.mfd

1. AproconMarc_Mentatilfiletelaio_monocoque_2017_v009b

2. Aggiungiamoigradimancantiall’RBE2delportamozzo

• LINKSàRBE2

àEDITà(aggiungiamogradidilibertà4,5,6)

3. Controlliamocondizionialbordoàok,sonocorrette.

Unavoltacontrollatocheilmodellosiacompletoegiusto,passiamoadanalizzarelastruttura:

4. ImpostiamoilJOBS:

• JOBSàNEW

àSTRUCTURALàname:calcolo_kt

o PROPERTIESàINITIALLOAD

àselezionaretuttiicarichiiniziali

o JOBRESULTSàselezioniamo:

§ STRESS(MAX&MIN)§ EQUIVALENTVONMISSES(MAX&MIN)

5. Lanciolasimulazione:

• premocomandiCHECK,RENUMBERALL(solitopassaggioprimadelSUBMIT)• premoRUN

àSUBMIT

6. Apriamoladeformatapervederesehannosensoirisultati:“direidisì”(cit.professore)

7. Effettuiamocalcolodellarigidezzatorsionaleattraversolaformula:

𝑀 = 𝐾! ∙ 𝜃PoichéMarcciforniscesolamenteglispostamenti(displacement),calcoliamolarotazioneattraversolalunghezzadellacareggiata(c)elospostamentosull’assez(dz).Poichésiamoinpresenzadiangolipiccolipossiamoapprossimarelatangenteall’angoloinradianti:

tan 𝜃 ≈ 𝜃[rad]quindi

𝜃 = !"![rad]=!"

!∙ !"#![deg]=0,00104643

dove:

• dz=0,0253191mm• c=1387,02mm

dzèstatoricavatoattraverso:

• selezionareNUMERICSdalmenùeleggereilnumerorelativoallospostamento(displacementZ)delportamozzoanterioredestro(vedifrecciaverdeimmagine)

cèstatoricavatoattraverso:

• UTILS(menùinbasso)àDISTANCE

àselezionareipuntiaterradxesx(vedifrecciarossaimmagine)

Quindilarigidezzatorsionalerisulta:

𝐾! =𝑀𝜃=𝑐 ∙ 𝐹𝜃

=1,38702 𝑚 ∙ 1𝑁0,00104589

= 1326,15 𝑁𝑚°

8. DalmenùRESULTS,selezioniamoilsottomenùSCALARPLOT:

• SCALAR

àMaxEquivalentVonMisesStressAcrossLayers.

ilqualecidaun’ideadelladistribuzionedelletensioni:inquestomodopossiamocapiredovesarebbemeglioutilizzaredeirinforziperlastruttura

NOTA:èsbagliatoutilizzareRBE3traattacchisospensioniecentro-ruotanelcalcolodiKtperchéinquestomodolasospensionerisulterebbescarica,equindinontrasmetterebbelereazionialtelaio.

9. FacciamounaprovacambiandomodulodiYoungalmaterialedellamollaeverifichiamocheRBE2funzionacorrettamente:

• MATERIALPROPERTIESàNEW

àSTANDARDàname:molle

o STRUCTURAL§ YOUNG’SMODULSàporre1(moltiordinedigrandezzainferioreaquello

dell’acciaio);§ POISSON’SRATIOà0

o ADDàselezionarecomeelementiiduepuntoni(vediinfigura);

10. RilancioilJOBS:

§ pervisualizzaremeglioladeformatacambioscalaàmanual:100;§ dall’immagine(vedifigura)sinota:

o tuttalarotazioneèconcentratasullemolle:unasicomprimeel’altrasiespande;o ladistribuzionedelletensionièidenticaaprima,ciòvuoldirecheilsistemadi

sospensionifunzionacorrettamenteetrasmettebeneleforzealtelaio(verificadell’RBE2eseguita)

11. Verificatol’RBE2reimpostiamoilmaterialedellemollecomeinprecedenza(alluminio);

12. Mentreèfacilevalutareilcomportamentostaticodelveicolo,poichénelcalcolodellarigidezzatorsionaledobbiamoconsiderareelementidelveicolochehannorigidezzaparagonabileaquelladeltelaio(esempiomotore),ilcomportamentodinamicoèpiùdifficiledavalutareinquantoentranoingiocomasseeinerzierilevanti(ilveicoloinfettièsoggettoadaccelerazioni).Lemasserilevantipossonoessere:

§ gruppiruota;§ motore(inFormulaSAEcostituisce¼dellamassatotale);§ serbatoio;§ pilota;§ pacchettoaerodinamico.

13. Nelcasotrattatoinquestalezionesiesegueunanalisisemplificatainserendosologrupporuotae

motore:

§ Apriamofilescaricatoadiniziolezione:telaio_monocoque_solomasse;

Comesipuòvedereilfileègiàcompostodi:

§ 4nodichecorrispondonoaicentridelle4ruotedicuiunoècopertodaunelementocubicorappresentativodellaruota(rappresentazionestilizzata);

§ unaltrocuborappresentativoilmotore.

14. ImpostiamoRBE2perilgrupporuotaeperilmotore:

• LINKSàRBE2

àNEWàNODEREFERENCEàselezionarecentrodelcubodellaruotaàNODESADDàselezionareiverticidelcubodellaruota(NOilcentro!!)àattivaretuttiiGDL(DOF)

àNEWàNODEREFERENCEàcentrodelmotoreàNODEADDàselezionareiverticidelcubodelmotore(NOilcentro!!)àattivaretuttiiGDL(DOF)

15. Applichiamoproprietàdeimaterialigruppo-ruotaeblocco-motore:Ivalorivengonopresidaifoglidicalcoloscaricatiainiziolezioneinmodocheicubiapprossiminofisicamenteleruoterealieilmotorerispettivamente.

Ruota:


àSTANDARDàname:ruota

o GENERALàMASSDENSITY:porrevalorefogliocalcolo:4.907133e-10

o STRUCTURALàYOUNG’SMODULUS:porrevalore:1

(perilmodulodiYoungbastaporrequalsiasivalorediversodazero,inquantol’RBE2,essendoinfinitamenterigido,nonrisentedelmodulodiYoung). àELEMENTS

àADDàselezioniarel’elementoruota

Motore:


àSTANDARDàname:motore

o GENERAL

àMASSDENSITY:porrevalore:9.429242-10

o STRUCTURALàYOUNG’SMODULUS:porrevalore:1

(stesseconsiderazionidelModulodiYoungvisteperilgruppo-ruota) àELEMENTS

àADDàselezionarel’elementomotore

16. Duplichiamoilgrupporuotasuglialtricentro-ruota:

• MESHGENERATIONàDUPLICATE

àFROM/TO:selezionareilcentrocubo-ruotaeilnuovocentroruotaàDUPLICATEàselezionareilcubo-ruotaàENDLIST

Stessoprocedimentoperglialtri2centri-ruota.

17. EseguireunoSWEEPALLesalvare.

18. Torniamoalmodellomonoscoccaeinseriamoilgrupporuoteemotore:

• FILESàOPEN

àaprireTelaio_monocoque_2017_v009b àMERGE

àapriretelaio_monocoque_solomasse

19. ColleghiamoilmotorealtelaioattraversoRBE3inmododafarpassaresololeforzeinerziali,senzaandareairrigidireiltelaio:

• LINKSàRBE3

àNEWàREFERENCENODE

ànodocentraledelmotoreà(attivaretuttie6ig.d.l.)

àNODESàADD

àSETàselezionarepunti_attacco_motopropulsore

-->(attivaresoloiprimi3g.d.l.deinodiappenaaggiunti)

AnalisiCinematica:

§ indaghiamosuimodipropridellastruttura,inmododavalutarelefrequenzepropriedel

sistema,dipendentida:o rigidezza;o masseeinerzie.

E’importanteconoscereimodipropridelsistemaperilfenomenodellarisonanza.Perl’analisicinematicaperòtogliamoivincolidellaprovastaticapoichéaltrimentiavremomodipropriodellastrutturadiversidallarealtà.Esempi:

§ Considerandounavetturachepassasuundosso,ilsistemanonèpiùvincolatoaterracomeinunaprovastaticapoichélavetturapotrebbesollevarsi,quindinonpotremostudiareimodipropridelsistemavincolandoloaterra;

§ Unelicotteroessendoconcepitopernonaverevincoli,sidistruggesevienevincolatoaterra(vedivideo:https://www.youtube.com/watch?v=-LFLV47VAbI),questoperchéhamodipropridiversisevincolatoono.

20. Impostiamol’analisicinematica:

• LOADCASESàNEW àDYNAMICMODEL àname:lcase_modal

o PROPERTIES:à(impostarecomeinfigura)

• JOBS

àNEW àSTRUCTURAL àname:modi_propri

o PROPERTIESàattivarelcase_modal(LOADCASEappenacreato)àINITIALLOADS àdisattivareiltutto

àJOBRESULTS

àattivare:

§ EquivalentVonMisesStress§ Stress

21. Lanciolasimulazione:

• premocomandiCHECK,RENUMBERALL• premoRUN

àSUBMIT

Conirisultatiottenutipossiamovisualizzareimodipropridellastrutturaattraverso:

• JOBRESULTSàcliccandoiltastoNEXTsipossonoscorreretuttii10modipropridelsistema,anchesequelliimportantisonoiprimi5,dicuiiprimitresono:

• IMODO:TORSIONALE;• IIMODO:STERZO;• IIIMODO:FLESSIONALE

Considerazionieosservazioni:

a. peralzarelafrequenzadelprimomodo(cioèquellotorsionale)sipuòalleggerireoilgruppo-ruotaoiltelaio;

b. perquantoriguardailsecondomodo(cioèquellodisterzo)sifannosentireleinerziedelleruoteesipuòosservaredairisultatilasovrasollecitazionesulfondovettura(vedifigura)

c. perquantoriguardailterzomodo(cioèquelloflessionale)sinotalasovrasollecitazioneneipuntidiattaccodellamonoscocca.

Percontinuarel’Analisicalcoliamol’inertanza,laqualeèunaquantitàscalareeserveavalutarel’attitudinediunastrutturaaseguitodiun’applicazionediunaforza.

𝐼 =𝑎𝐹

22. Perapplicareunaforzadinamica:

• BOUNDARYCONDITIONSàNEW àSTRUCTURAL àHARMONICPOINTLOAD àname:harmonic_load

o PROPERTIES:àFORCEZ àMAGNITUDE:porrevalore1; àPHASE:porrevalore0.

àADD:

àpuntoaterraruotaanterioredx

23. Nuovaanalisi:

• LOADCASEàNEW àTYPE àDYNAMICHARMONIC àname:lcase2

o PROPERTIESàimpostarecometabellasottostante

àSOLUTIONCONTROL àattivareNON-POSITIVEDEFINITE

Inquestomodoabbiamoapplicatounaforzaalpuntoaterradellaruotaanterioredxmodulataperuncos𝜔𝑡,facendovariare𝜔infrequenzada1Hza150Hzconunpassodi0,25Hz.Cosìfacendoabbiamoapplicatoalsistemaunaforzaafrequenzeviaviapiùalteevediamolarispostadellastruttura.

24. AndiamoaimpostareilJOBS

• JOBSàNEW àSTRUCTURAL àname:harmonic;

o PROPERTIESàattivarelcase2;àINITIALLOADS

àeliminiamotuttoeccettoarmonic_load(boundarycondition)

àJOBRESULTS

àattivare:

§ EquivalentVonMisesStress§ Stress

Perilcalcolodell’Inertanzaabbiamobisognodell’accelerazione(vediformulasopra),masiccomeMarcciforniscesologlispostamentialloracicalcoliamoleaccelerazioniattraversoladerivatasecondadeglispostamenti:

𝑤 = 𝑤 ∙ cos𝜔𝑡

𝑤 = − 𝜔!𝑤 ∙ cos𝜔𝑡

OSS.:quindiperpassaredaglispostamentialleaccelerazionibastamoltiplicareper− 𝜔!.

25. Andiamoaplottareglispostamentiinfunzionedellafrequenza:

• HISTORYPLOTàSETLOCATION àselezionareilpuntoaterraanterioredxàINCRANGE ànelterminalscrivo:0:1(premoinvio),0:150(premoinvio)àADDCURVE àALLLOCATION:

• GLOBALVARIABLES:frequency;• VARIABLESATLOCATION:displacementZ.

Ilqualegraficoè:

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