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Linea 1: | Linea 1: | ||
+ | =====PIEDE DI BIELLA, BOCCOLA E SPINOTTO===== | ||
+ | ==== Dalla lezione precedente ==== | ||
+ | |||
+ | Ripartiamo dal file della lezione precedente {{: | ||
+ | I passaggi principali sono stati: | ||
+ | * importazione della geometria e della mesh del piede di biella creata con Hypermesh; | ||
+ | * creazione della bronzina; | ||
+ | * introduzione dell' | ||
+ | **1° g.d.l.**: abbiamo introdotto un' | ||
+ | |||
+ | **2°e 3° g.d.l.**: " | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | E' stato introdotto un sistema di coordinate di tipo cilindrico che verrà utilizzato d'ora in avanti, pertanto i gradi di libertà cambieranno in questo ordine: | ||
+ | |||
+ | * 1°g.d.l.) | ||
+ | * 2°g.d.l.) | ||
+ | * 3°g.d.l.) | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | ---- | ||
+ | ====Lezione odierna==== | ||
+ | Dall' | ||
+ | |||
+ | Abbiamo in definitiva un totale di 1296 vincoli cinematici che legano i moti relativi tra superficie interna del piede di biella, la superficie esterna della bronzina e i nodi ausiliari. | ||
+ | |||
+ | ===== VINCOLAMENTO===== | ||
+ | ===Vincoli di simmetria=== | ||
+ | Possiamo trattare solo 1/4 dell' | ||
+ | |||
+ | * __1° Vincolo di simmetria - spostamento normale ad x, sul piano yz__: **BOUNDARY CONDITION> | ||
+ | Questo vincolamento non è propriamente esatto in quanto, su alcuni nodi avevamo già imposto i vincoli cinematici dopo la trasformazione di coordinate; quindi rinomino in ' | ||
+ | Il risultato dell' | ||
+ | * __2° Vincolo di simmetria - spostamento normale ad x, sul piano yz per i nodi trasformati__: | ||
+ | In questo caso il secondo grado di libertà che stiamo imponendo nullo non è Y ma è lo spostamento tangenziale (ricordando la trasformazione in coordinate cilindriche). | ||
+ | Come nel caso precedente, ci sono dei nodi da rimuovere, essendo già stati definiti dipendenti dal vincolo cinematico. Procediamo alla selezione rettangolare andando a coprire gli spigoli del piede di biella evidenziati in giallo in figura (è possibile fare una selezione così lasca perchè i nodi non trasformati non vengono comunque modificati in questo passaggio) | ||
+ | {{ : | ||
+ | * __3° Vincolo di simmetria - spostamento assiale in z imposto nullo__: **BOUNDARY CONDITION> | ||
+ | In generale se abbiamo due vincoli sullo stesso nodo, il Marc si comporta in modo imprevedibile: | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | ===Vincolo di traslazione nulla, lato testa di biella=== | ||
+ | |||
+ | Il sezionamento lungo il piano xz dell' | ||
+ | * la sezione rimane piana, non si deforma; | ||
+ | * la sezione non trasla; | ||
+ | * la sezione non può ruotare intorno all' | ||
+ | Questo ultimo effetto è " | ||
+ | |||
+ | ====SETTAGGI DEL MATERIALE, JOB e CALCOLO==== | ||
+ | |||
+ | ==Materiale== | ||
+ | Andiamo a definire i parametri del materiale. **MATERIAL PROPERTIES> | ||
+ | Completiamo andando a selezionare gli elementi: **ELEMENTS> | ||
+ | |||
+ | ==Creazione Job1== | ||
+ | Andiamo a impostare i parametri di preprocessing per poter poi lanciare il calcolo. | ||
+ | JOBS> | ||
+ | Nella finestra JOB RESULTS andiamo a selezionare per la sezione ' | ||
+ | ==Calcolo== | ||
+ | Nella sezione JOBS procediamo con **RUN> | ||
+ | ===ANALISI DEI RISULTATI=== | ||
+ | Nel menu del RUN appena terminato, selezioniamo OPEN POST FILE per visualizzare il file .t16 dei risultati. | ||
+ | Nella sezione ' | ||
+ | |||
+ | Come si può notare il gradiente radiale di tensione nella bronzina è molto ridotto(è praticamente tutta dello stesso colore: giallo), tipico dei tubi in parete sottile pressurizzati: | ||
+ | |||
+ | Inoltre analizzando il piede di biella nella zona del foro, notiamo come il gradiente in direzione assiale sia praticamente nullo, ovvero lo stato tensionale è abbastanza uniforme in direzione Z, il che ci permetterebbe di pensare ad una modellazione 2D nel solo piano xy che però non facciamo: {{ : | ||
+ | |||
+ | Si procede con l' | ||
+ | |||
+ | Andando a visualizzare il ' | ||
+ | |||
+ | | ||
+ | |||
+ | Nell' | ||
+ | |||
+ | Per quanto riguarda l' | ||
+ | |||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | ---- | ||
+ | |||
+ | In definitiva non c'è nessuna tensione di tipo assiale nei due corpi analizzati, in quanto non abbiamo imposto alcun vincolo sul movimento relativo in senso assiale. | ||
+ | |||
+ | Per analizzare in modo migliore lo stato tensionale del piede di biella, procediamo col nascondere la visualizzazione degli altri elementi, anche l'asta della biella: così facendo il software scala lo stato tensionale (sempre di tipo ' | ||
+ | |||
+ | Inoltre nel menù ' | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | E' importante che le discontinuità tensionali tra elementi attigui non superino il 10% (circa), altrimenti sarebbe un segnale di scarsa affidabilità del modello che andrebbe rivisitato. | ||
+ | |||
+ | ====PROBLEMA DELLO SCORRIMENTO RELATIVO BIELLA-BRONZINA==== | ||
+ | |||
+ | E' molto importante calibrare in modo opportuno l' | ||
+ | ==Fretting== | ||
+ | Questo fenomeno è dovuto all' | ||
+ | |||
+ | ==Foro di lubrificazione== | ||
+ | Un altro problema causato dallo scorrimento relativo è quello di un eventuale foro di lubrificazione che è passante ed è normalmente presente in questo componente meccanico, ma che non abbiamo modellato volutamente per rendere più semplice la meshatura (il foro richiederebbe una mesh più fine nel suo intorno perchè rappresenta una criticità all' | ||
+ | |||
+ | ====APPLICAZIONE DEL CARICO==== | ||
+ | |||
+ | Cambiamo tipo di visualizzazione dei risultati: nel menù POSTPROCESSING RESULTS spostiamoci nella sezione ' | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Per ogni nodo avremo un vettore che rappresenta la forza normale dovuta all' | ||
+ | |||
+ | Non abbiamo forze tangenziali perchè abbiamo supposto l' | ||
+ | __Trattiamo il sistema bronzina-biella come un singolo corpo__, non c'è quindi scorrimento relativo. | ||
+ | Immaginando di applicare un sistema | ||
+ | La condizione per evitare lo scorrimento è che il rapporto tra le forze sia minore del coefficiente di attrito statico: | ||
+ | {{ : | ||
+ | Per evitare che ci sia il distacco devo assicurarmi che il denominatore (F< | ||
+ | |||
+ | ===CARICAMENTO DEL PIEDE DI BIELLA=== | ||
+ | |||
+ | Il carico di tipo ciclico proveniente dal pistone durante il funzionamento, | ||
+ | |||
+ | ==Considerazioni sul tipo di carico== | ||
+ | |||
+ | Durante le diverse fasi del ciclo di funzionamento di un sistema pistone-biella, | ||
+ | Per quanto riguarda la trazione possiamo associarla alle forze inerziali non trascurabili, | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Per la simulazione del nostro modello, sono stati scelti in base a considerazioni di tipo geometrico, i valori dei carichi di trazione e compressione rispettivamente di 14 kN e 32 kN. | ||
+ | |||
+ | Per quanto riguarda le distribuzioni dei carichi applicati, esistono varie scelte e in generale nessuna è la migliore in assoluto. Ad esempio per i carichi radiali che insistono sulla circonferenza, | ||
+ | Invece per i carichi assiali, tipicamente in letteratura e nei software viene considerato un andamento costante delle pressioni. | ||
+ | |||
+ | Per il nostro caso abbiamo scelto di utilizzare un andamento costante delle pressioni sia in direzione radiale che in direzione assiale (l' | ||
+ | |||
+ | ==Problema della compenetrazione del materiale - Utilizzo di un servolink== | ||
+ | |||
+ | Prendiamo in esempio una condizione di carico progressiva come quella del nostro caso. | ||
+ | Consideriamo i corpi (1) e (2), entrambi definiti da superfici e da nodi, ma con il corpo (1) che ha una mesh più fitta e quindi un numero maggiore di nodi. Scegliamo quindi il corpo (2) come superficie di riferimento e il corpo (1) come nodi di riferimento. | ||
+ | * 1°Livello di carico: 100 N | ||
+ | |||
+ | L' | ||
+ | * 2° Livello di carico: 110 N | ||
+ | |||
+ | La deformata che otteniamo mette in evidenza la compenetrazione di due nodi A e B del corpo (1) all' | ||
+ | mantenendo invariato il livello di carico, attraverso un servolink impongo ai nodi compenetrati di dover invece giacere sulla superficie del corpo (2). | ||
+ | |||
+ | I nodi A e B possono quindi ricevere reazioni vincolari dai servolink sia di tipo compressivo sia trattivo. | ||
+ | Essendo nel caso di un contatto di tipo monolatero, le azioni di tipo trattivo (nodo B) non sono compatibili col problema in esame, pertanto questi link vanno rimossi(' | ||
+ | |||
+ | Come ultimo passo verifico che con il nuovo vincolamento, | ||
+ | |||
+ | Questo procedimento è stato illustrato come esempio, e verrà applicato tra la bronzina (della quale prendo i nodi) e lo spinotto (del quale prendo la superficie). | ||
+ | |||
+ | ==Costruzione dello spinotto== | ||
+ | |||
+ | Lo spinotto deve ruotare liberamente all' | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Alloggiando lo spinotto con diametro pari a quello nominale del foro si determinerebbe un' | ||
+ | Nei motori di più ridotta qualità si va a scegliere uno spinotto con un diametro nominale ridotto, tenendo in conto che ci sarà un gioco che varia puntualmente sulla circonferenza. | ||
+ | |||
+ | Il diametro della bronzina andrebbe rialesato dopo il montaggio nella biella, una pratica comune nei motori di più alta qualità. Addirittura in alcuni casi è previsto un rialesaggio effettuato 'a caldo' in modo da considerare anche le dilatazioni termiche che si hanno durante la messa in opera e il funzionamento a regime. | ||
+ | |||
+ | Per questioni di semplicità di modellazione scegliamo di suddividere la simulazione andando ad analizzare separatamente gli effetti del forzamento e gli effetti del carico esterno proveniente dal pistone, andando infine a sovrapporre i risultati. | ||
+ | |||
+ | Per la costruzione dello spinotto procediamo come per la bronzina, aggiungiamo quindi due punti con PTS>ADD nel menù 'MESH GENERATION' | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Uniamo i due punti: cambiamo ELEMENT CLASS in ' | ||
+ | Questa linea sarà quella da estrudere circonferenzialmente per 180° in modo da creare la superficie inferiore dello spinotto. | ||
+ | |||
+ | Come anticipato la superficie dello spinotto potrà avere un numero minore di divisioni rispetto alla bronzina, in quanto rappresenta il 'corpo (2)' nell' | ||
+ | |||
+ | Andiamo ad estrudere la linea appena creata con la funzione ' | ||
+ | * Il valore 32 è il numero di divisioni che abbiamo scelto, inferiore alle 35 della bronzina; | ||
+ | * Il valore 180 è negativo perchè essendo l'asse Z orientato verso l' | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Nell' | ||
+ | Leggiamo il valore di 5 mm pertanto andiamo a scegliere per la suddivisione 5 step da 1 mm. | ||
+ | Tramite il comando ' | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Per quanto riguarda la direzione assiale, si ritiene mostrare una rappresentazione delle dimensioni dei pezzi a contatto, per rendere più comprensibile il significato dei valori usati nell' | ||
+ | |||
+ | Lunghezza assiale spinotto 46 mm | ||
+ | |||
+ | Spessore assiale piede di biella 21.86 mm | ||
+ | |||
+ | Andiamo quindi ad impostare per la prima estrusione EXPAND> | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Di questi 13 mm, 11 sono quelli sui quali insiste la biella, mentre 2 sono all' | ||
+ | |||
+ | Nella seconda estrusione possiamo permetterci di rendere la mesh più rada, risparmiando sul costo computazionale, | ||
+ | Settiamo come parametri di estrusione 5 come REPETITIONS e 2 mm come ampiezza assiale, infine ALL> | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | ==Stoccaggio dei componenti== | ||
+ | |||
+ | Per rendere più agevole la selezione dei componenti sui quali andiamo a lavorare, si è pensato di creare 3 raggruppamenti tramite la funzione SELECT> | ||
+ | |||
+ | Rendiamo visibile solo lo spinotto dal menù VISIBILITY togliendo la selezione su ' | ||
+ | ==Riduzione in scala del diametro== | ||
+ | |||
+ | Dobbiamo considerare il gioco diametrale che è presente tra i dati di problema pari a 0.08 mm; dobbiamo andare a ridurre il diametro dello spinotto (20.5mm) di un fattore di scala pari a [(20.5-0.08) / 20.5]= 0.996098. | ||
+ | Col comando ' | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ==Vincolamento dello spinotto== | ||
+ | |||
+ | Applico le condizioni di simmetria allo spinotto, in particolare ai nodi che si trovano sul piano yx. | ||
+ | Come ' | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | ==Posizionamento del carico== | ||
+ | Nel corso di questa lezione ci occupiamo del carico di tipo trattivo. | ||
+ | |||
+ | Andando a guardare più da vicino la zona tra bronzina e spinotto, notiamo che non c'è contatto, avendo imposto il gioco diametrale. | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Per assicurare il contatto per questo caso di carico trattivo, operiamo un MOVE in direzione Y dello spinotto di entità 0.008/2, selezionando TUTTI gli elementi dello spinotto. | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Il valore del carico trattivo applicato dal pistone è di 14000 N, che vanno ad insistere sulla superficie dello spinotto all' | ||
+ | la parte di circonferenza interessata sarà di π/2 perchè il carico agisce solo su quella zona, come abbiamo ipotizzato precedentemente; | ||
+ | dello spinotto abbiamo modellato solamente metà lunghezza (12mm) essendo simmetrico, come la biella, rispetto all' | ||
+ | |||
+ | Vado ad applicare le BOUNDARY CONDITION> | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Per eliminare gli elementi in eccesso selezionati, | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | Per dare un carico progressivo per la convergenza di Newton-Raphson, | ||
+ | Lo andiamo infine a caricare nelle BOUNDARY CONTITION> | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | ---- | ||
+ | |||
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+ | |||
+ | |||
+ | ==== DATI ASSEGNATI ==== | ||
+ | |||
+ | |||
+ | dati geometrici piede biella: | ||
+ | * diametro interno piede 22.5 mm | ||
+ | * diametro esterno piede 30.5 mm | ||
+ | * diametro interno bronzina 20.5 mm | ||
+ | * spessore assiale piede 21.86 mm | ||
+ | |||
+ | materiale acciaio, tensione critica per cicli all' | ||
+ | |||
+ | Spinotto: | ||
+ | * diametro interno 10.5 mm | ||
+ | * accoppiamento con gioco diametrale 0.08 mm | ||
+ | * lunghezza assiale 46 mm | ||
+ | |||
+ | Carico: | ||
+ | * a trazione 14 kN | ||
+ | * a compressione 32 kN | ||
+ | |||
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+ | |||
+ | ===== PATTUME ===== | ||
+ | |||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | {{: |