CAEeDesign - Motorsport - Analisi FEM di una sospensione

Si continua questa serie di articoli collegati al motorsport (o più in generale al mondo dell'automotive). Oggi si analizza una sospensione di un automobile tramite analisi FEM, vedendo quale tecnica è ottima per la sua modellazione e come MidasNFX sia in grado di gestire tutto questo in un unico ambiente di lavoro, senza dover cambiare software o analisi di volta in volta.

Il modello da analizzare

La struttura analizzata è una semplificazione di un sistema ammortizzante.

Figura 1: Il modello del sistema sospensione

Non fermiamoci troppo sulla forma dell'ammortizzatore, sui tubulari o su altri. Concentriamoci invece su come il grosso del problema, in questi casi, sia modellare il sistema molla.

Infatti, modellare il sistema molla tramite elementi 3D non ha senso. Quello che si deve fare invece è passare da una modellazione complessa ad un più semplice.

Il modello FEM definitivo di questa struttura quindi risulta essere schematizzato in questo modo:

Figura 2: modello mesh

La molla è stata schematizzata con un elemento bush (ossia un elemento per modellare elasticità concentrata) così da schematizzara la molla come solo trasmettitore di spostamento e forza.

Il modello della molla

La vera domanda che uno si pone è: come faccio a inserire il valore corretto della rigidezza della molla?

In questo caso si prende il modello 3D della molla e si procede a stimarlo.

Figura 3: modello FEM della molla

Al modello della molla si applica un carico di prova e si misura lo spostamento. Facendo il rapporto si ottiene il valore della rigidezza. In questo caso era di 1000 N/m.

tale valore lo si inserisce nelle proprietà dell'elemento bush (in questo caso è orientata di 45° rispetto la direzione del sistema di riferimento.

figura 4: impostazione elementi bush

Risultati

Ed ecco qui i risultati degli spostamenti e del campo di stress:

Figura 5: campo di spostamenti

Figura 6: campo di stress

Figura 7: isosurface a 235 MPa

Si vede come la parte di destra necessita di un redesign. infatti la parte di isosurface che si sta visualizzando è superiore al valore di snervamento. Si procede quindi all'aumento dello spessore.

Figura 8: isosurface a 235 MPa con spessori aumentati

Portando lo spessore da 5 a 7 si ottiene un abbassamento significativo degli stress. Da qui è possibile procedere con una simulazione ad analisi a fatica.

Ipotizzando un certo numero di cicli (che non sto a specificare) e le caratteristiche del materiale a fatica, è possibile stimare la vita a fatica del componente.

Figura 9: analisi a fatica

Perchè MidasNFX è perfetto per questo lavoro

Lavorare con MidasNFX permette di risparmiare tantissimo tempo. Infatti, all'interno dello stesso modello è possibile impostare le diverse analisi, senza dover creare due ambienti di lavoro.

Basterà solamente impostare le diverse analisi importando i diversi elementi di mesh. Qui sotto sono riportate lo schema della singola analisi Bumper, dove non è inserita la mesh ed i carichi molla e l'albero modello delle diverse analisi impostate nell'unico ambiente di lavoro.

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