CAE Multifisico di un Ammortizzatore

Gli ammortizzatori sono parti importanti dei veicoli. L'ammortizzatore viene utilizzato per osservare le vibrazioni dei carichi d'urto dovuti alle irregolarità del manto stradale e funziona senza compromettere la stabilità, lo sterzo o la manovrabilità del veicolo. Generalmente, per i veicoli leggeri, come elementi di sospensione vengono utilizzate molle elicoidali cilindriche. L'applicazione descritta in questo articolo tenta di analizzare le prestazioni di un ammortizzatore con diverse molle di sospensione. Questa analisi include la modellazione comparativa e l'analisi dell'altezza del solido, delle prestazioni di smorzamento, delle capacità di oscillazione delle molle di compressione coniche e cilindriche a spirale chiusa e un design adatto suggerito per migliorare le prestazioni.

Il sistema di sospensione di un veicolo terrestre è solitamente progettato con l'obiettivo di isolare la carrozzeria del veicolo dalle irregolarità della strada e mantenere il contatto delle ruote con la superficie del terreno. L'isolamento è ottenuto mediante l'uso di molle di compressione elicoidali e ammortizzatori e mediante supporti elastici sui collegamenti dei singoli componenti della sospensione.

Da un punto di vista pratico, ci sono due disturbi principali su un veicolo: i disturbi della strada e i disturbi del carico. I disturbi stradali hanno una grande magnitudo a bassa frequenza come le colline e una piccola magnitudo ad alta frequenza come le asperità della strada. I disturbi del carico includono la variazione dei carichi indotti dall'accelerazione, dalla frenata e dalle curve. Pertanto, una buona progettazione delle sospensioni si occupa della reiezione dei disturbi provenienti da questi alle uscite. Le sospensioni convenzionali devono essere "morbide" per isolare dai disturbi della strada e "dure" per isolare dai disturbi del carico.

Pertanto, la progettazione degli ammortizzatori è un'arte di compromesso tra questi due obiettivi. La funzione principale degli ammortizzatori in un sistema di sospensione è quella di isolare la struttura e gli occupanti da urti e vibrazioni generati da superfici stradali irregolari. L'ammortizzatore richiede una resistenza elastica per assorbire gli urti della strada: ciò si ottiene con molle di sospensione.

Gli obiettivi primari di un sistema di sospensione del veicolo sono:

Le molle sono componenti cruciali delle sospensioni delle automobili, necessari per ridurre al minimo gli impatti e gli urti dovuti a strade sconnesse e garantire una guida confortevole. La molla è definita come un corpo elastico la cui funzione è quella di comprimersi quando viene caricato, e di riprendere la forma originaria quando il carico viene rimosso. Le molle meccaniche vengono utilizzate negli ammortizzatori per esercitare forza, fornire flessibilità e immagazzinare o assorbire energia. La forza può essere una spinta o una trazione assiale oppure può essere radiale. La coppia può essere utilizzata per provocare una rotazione.

Le molle possono essere classificate in base alla direzione e alle caratteristiche delle forze esercitate dalla molla quando viene deviata. Senza alcun carico applicato, l'altezza della molla è chiamata lunghezza libera. Quando viene applicata una forza di compressione, le bobine vengono premute insieme finché non si toccano. Dopo la compressione, l'altezza della molla compressa viene chiamata lunghezza solida. Gli obiettivi principali delle molle elicoidali sono applicare forza, controllare il movimento, controllare le vibrazioni e ridurre l'impatto.

Le molle a compressione sono molle elicoidali avvolte con una spaziatura tra le spire in modo che possano essere compresse dalla loro lunghezza libera a una lunghezza operativa inferiore. Ciò consente alla molla di immagazzinare energia e fornire una forza o pressione. Alcuni usi delle molle di compressione includono la resistenza al movimento di un altro componente, il ritorno di un componente nella posizione desiderata, la fornitura di una pressione costante e l'immagazzinamento e il rilascio di energia.

Le molle di compressione cilindriche sono avvolte sotto forma di un'elica di filo su geometria cilindrica. Le principali sollecitazioni prodotte sono quelle di taglio dovute alla torsione. Il carico applicato è parallelo all'asse della molla. La sezione trasversale del filo può essere rotonda, quadrata o rettangolare. La Figura 2 mostra il modello di molla di compressione cilindrica utilizzata in questa applicazione. La molla di compressione cilindrica è fissata rigidamente con due anelli circolari su entrambe le estremità.