Academic literature on the topic 'Modellazione per componenti'

Lo scopo della tesi è dimensionare un gruppo V-Drive per imbarcazioni, utilizzando le stesse soluzioni costruttive adottate commercialmente per gruppi di piccola potenza. Il V-drive è un meccanismo di rinvio che permette al motore di essere montato non più verso la prua della barca, ma spostato verso poppa, portando numerosi benefici al bilanciamento della stessa barca, alla vivibilità e ai volumi utilizzabili. Un gruppo V-drive originariamente montato su barche dotate di motore da 70 HP con 1800 rpm di giri elica, è stato ridimensionato in modo da tollerare fino a 260 HP sempre a 1800 rpm. Il progetto si prepone quindi di progettare e modellare al CAD tutti i componenti all’interno del gruppo V-Drive per mantenere una vita a usura e una resistenza a rottura accettabili non modificando le configurazioni attualmente proposte sul mercato. Come prima fase si è proceduto a dimensionare il rotismo, composto da due ruote dentate coniche a denti elicoidali; successivamente sono stati dimensionati i cuscinetti necessari a vincolare il suddetto rotismo, e, infine, il profilo scanalato necessario a trasmettere il moto dall’albero su cui sono calettate le due flange di ingresso e uscita moto. Il lavoro di calcolo è stato supportato in parallelo alla modellazione 3D tramite Solidworks, in modo da valutare gli ingombri dei nuovi componenti e modificare, di conseguenza, le altre parti strutturali quali le due semiscatole che contengono il rotismo e i paraoli.

In questo elaborato di laurea ho avuto l’occasione di mettere in pratica nozioni riguardati lo studio dei modelli matematici e delle tecniche numeriche che stanno alla base dell’ottimizzazione topologica, nonché anche le tecniche utilizzate per evitare problemi numerici che inficiano la validità dei risultati, quali mesh dependency e checkerboard patern. Questi concetti sono legati alle tecniche di ottimizzazione topologica: si tratta di una tecnica con cui si modifica la forma di un corpo in modo da eliminare il materiale che non contribuisce alla rigidezza, alla resistenza alle sollecitazioni, oppure all’ottenimento di determinate frequenze di risonanza.

La presente tesi riguarda la modellazione orientata al controllo di componenti di un motore a combustione interna per applicazioni real-time Hardware in the Loop come supporto allo sviluppo della centralina elettronica di controllo motore (ECU). I modelli realizzati sono relativi al lato aspirazione, all'erogazione della coppia motrice ed al sistema Variable Valve Timing (VVT) che consente la variazione delle fase di alzata valvole rispetto a quella che è la calibrazione di base. Dal momento che la simulazione è real-time e che i componenti reali analizzati presentano dinamiche molto veloci e masse in gioco molto piccole, è stato necessario semplificare i modelli di partenza per evitare il manifestarsi di instabilità numerica e la non convergenza delle relazioni matematiche a causa dei passi di integrazione eccessivamente grandi. Al tempo stesso, però, si è cercato di mantenere un comportamento del sistema fisico modellato il più aderente possibile a quello del componente reale. Dopo aver implementato le relazioni in ambiente Simulink, si è passato a ricavare i parametri a "scatola grigia" sfruttando i punti dei piani quotati (file i cui vengono riportate le principali grandezze di un motore al variare di carico e giri) facendo acquisizioni in vettura e richiedendo dati al costruttore quando necessario. Infine, per verificare la validità dei modelli sviluppati, sono state fatte delle simulazioni offline per confrontati i risultati ottenuti dalle relazioni matematiche e logiche con quelli sperimentali. Per tutto il lavoro sviluppato e per i dati forniti si ringrazia l'azienda Ferrari S.p.A. nella quale è stato svolto il percorso di tesi.

Questo progetto di tesi si pone l’obiettivo di analizzare lo stato dell’arte in tema manutenzione predittiva e indagare a fondo, per poi applicare, uno degli approcci stocastici più utilizzati in questo campo: il processo di Wiener. Il progetto ha avuto inizio con la ricerca e lo studio dei più recenti e noti articoli scientifici in tema Prognostics and Health Management. Dopo la comprensione dello stato dell’arte, si è scelto di concentrarsi sullo studio dei modelli stocastici per lo studio dei processi di degradazione dei componenti meccanici. In particolare, l’analisi si è concentrata sullo studio delle varie formulazioni del processo di Wiener, uno dei principali metodi stocastici in ambito prognostico. Il modello matematico è stato, quindi, implementato sul software di calcolo Matlab al fine di verificarne il funzionamento e l’efficacia. La fase di test ha previsto inizialmente lo sfruttamento di dati simulati e successivamente l’utilizzo di dati di degradazione reali estratti da un prototipo meccanico dell’Università di Bologna. I risultati ottenuti dimostrano come il modello stocastico scelto sia un ottimo strumento per la descrizione del percorso di degradazione e guasto del componente meccanico analizzato. La corretta modellizzazione del processo di degradazione è il punto di partenza fondamentale per l’applicazione dei modelli prognostici per la stima della vita utile residua dei componenti (RUL). La tesi propone, infine, una propria proposta di modifica al modello base di Wiener in modo da poterne applicare l'applicabilità considerando anche le lavorazioni che implicano condizioni operative variabili.

Nonostante le crescenti limitazioni normative, nei prossimi anni i propulsori ibridi manterranno una quota di mercato rilevante. L’ottimizzazione dei loro sottosistemi appare quindi fondamentale. In questo contesto, tecniche di modellazione virtuale di sistemi ibridi permettono di ottenere il miglior compromesso tra la riduzione delle emissioni dallo scarico e il raggiungimento dei target prestazionali veicolo. Nei veicoli ibridi (HEVs), la presenza di diverse sorgenti di energia aumenta la complessità del gruppo propulsore: la scelta ottimale della suddivisione di potenza dipende dall'obiettivo dell'ibridizzazione. La progettazione di questa strategia di controllo del gruppo propulsore rappresenta dunque un tipico problema di controllo ottimale. La prima parte della ricerca riguarda lo sviluppo di una metodologia basata sulla teoria del controllo ottimale per minimizzare consumo e tempo sul giro in condizioni di guida sportiva. L'analisi considera un P1-P4 HEV come architettura di riferimento. La Programmazione Dinamica (DP) viene utilizzata per valutare le capacità massime del powertrain basandosi su modelli di veicoli semplificati. Le informazioni raccolte dalla DP, in entrambi gli obiettivi, vengono utilizzate per creare le mappe a seconda dei principali stati del powetrain, che vengono fornite come input a modelli più dettagliati per la valutazione finale della strategia di controllo proposta. I risultati possono fungere da riferimento per lo sviluppo di strategie di controllo implementabili in tempo reale, nonché consentire un confronto equo tra diverse varianti di componenti e architetture, utile nella fase di impostazione veicolo. Il secondo tema di ricerca riguarda lo studio del sistema di post-trattamento nella fase di avviamento a freddo del motore, che rappresenta un'area chiave per ottenere una significativa riduzione delle emissioni dallo scarico. Infatti, un tipico catalizzatore a tre vie (TWC) perde la sua efficacia al di sotto di una temperatura delle matrici di circa 500-600 K, inficiando la conversione degli inquinanti all'avvio a freddo. Al fine di simulare correttamente questi aspetti e studiare nuove possibili soluzioni, è stata sviluppata una metodologia CFD 3D in Open FOAM che comprende l'intero sistema di scarico fino al primo brick del TWC e modelli multi-fisici complessi. Lo studio si concentra sull’utilizzo di un burner che, combinato con una strategia di preriscaldamento, mira a raggiungere una temperatura TWC sufficiente per innescare in maniera efficace la conversione. Il terzo tema di ricerca trattato si focalizza sul processo di combustione per la comprensione della formazione di inquinanti, sia di particolato che di emissioni gassose mediante simulazioni 3D CFD interno cilindro. Un approccio semplificato è stato dedicato alle emissioni gassose, mentre uno più dettagliato è riservato alla modellazione del particolato. La metodologia sviluppata ha permesso un equo confronto tra il set di dati sperimentale e numerico, fornendo linee guida progettuali per il design dei componenti al fine di minimizzare le emissioni. L’ultimo tema di ricerca riguarda il serbatoio dell'olio motore che viene studiato con un nuovo approccio CFD basato su Eulerian Multi-Phase (EMP), che tiene conto dell'interazione tra fasi liquide e gassose, modellando la formazione di nebbia e schiuma e la successiva separazione. Dal punto di vista delle emissioni, la corretta previsione di questi fenomeni è cruciale per il contributo delle emissioni di HC e particolato dovuto al ricircolo blow-by. Questa tesi presenta dunque diverse metodologie di analisi virtuale volte a raggiungere l'obiettivo sopra menzionato: progettare la migliore auto sportiva ottimizzando i suoi componenti come parte di un sistema olistico.
Despite the increasingly stringent legislations, hybrid powertrains will retain a relevant market share in the upcoming years, thus the optimization of their powertrain systems will be of paramount importance. In this context, modelling techniques for the virtual development of high performance hybrid systems is crucial in order to achieve the best trade-off between reducing tailpipe emissions and reaching best in class levels of vehicle performance. In HEVs, the presence of different energy sources increases powertrain complexity. At each time instant, the choice of the power-split depends on the objective of the hybridization. The design of this powertrain control strategy represents a typical optimal control problem. The first part of the research focused on the development, of a methodology based on optimal control theory to maximize fuel economy and minimize lap time in sport driving conditions. The analysis considered a P1-P4 HEV as a test case. DP is used to assess the maximum powertrain capabilities relying on simplified vehicle models. The information collected from the DP, in both scenarios, is used to create policy maps depending on the main states of the powertrain, which are given as inputs to high fidelity models used for the final assessment of the proposed control strategy. Therefore, the results can be used as a benchmark for developing real-time implementable control strategies: possibility to learn from the optimal solution. In addition, such a benchmark enables a fair comparison among different component variants. A second topic moves the after-treatment operation at engine cold start is a key area for achieving a significant reduction in tailpipe emissions. In fact, a typical three-way catalyst (TWC) loses its effectiveness below a brick temperature of roughly 500-600 K, nearly nullifying pollutant conversion at the cold start. In order to properly simulate these aspects and investigate new possible solutions, a brand new 3D CFD methodology has been developed in the Open FOAM framework. It includes the whole exhaust system until the first TWC brick, complex multi-physics, mass/heat transfer, chemical reactions, flow through porous media. The study focuses on the light-off process, enabling optimization of new hardware; the burner showed a good potential combined with a pre-heating strategy in order to have enough TWC temperature, thus efficiency for pollutant conversion, before the engine start. A third topic moves inside the engine heart, to the understanding of pollutant formation, both particulate and gaseous emissions by means of 3D CFD in-cylinder simulations. From a numerical standpoint, a simplified approach is dedicated to gaseous emissions, while a more detailed and customized one is reserved to soot modeling. The present study is a novelty in providing guidelines for a fair comparison between the experimental and the numerical dataset, via a dedicated post-processing of the simulation outcomes, eventually forging new parts, new combustion chambers layouts, leading to less emission at the end of the combustion process. As last, the engine oil tank is investigated with a new 3D CFD approach based on Eulerian Multi-Phase (EMP). Its advantage is that it accounts for the interaction between liquid and gaseous phases, modeling mist and foam formation and its subsequent separation. From the emission point of view, the correct prediction of these phenomena are crucial for the HC and SOOT emissions contribution due to the blow-by recirculation. This dissertation presents therefore several virtual design methodologies aimed to reach the above-mentioned goal: designing the best sport car by optimizing its components as part of a holistic system.

2013/2014
Nella presente tesi si sono analizzate le principali problematiche relative alla modellazione non lineare delle strutture composte intelaiate in zona sismica. Nella prima parte si sono esaminati in dettaglio i criteri attualmente adottati nella progettazione classica delle strutture intelaiate composte acciaio-calcestruzzo, facendo principalmente riferimento alle indicazioni sismiche fornite dall’Eurocodice 8. Successivamente si è affrontato il tema della progettazione del giunto composto, a questo proposito si è definito un iter progettuale con una procedura semplificata passo-passo utilizzando un software sviluppato in Excel. Tale software è stato sviluppato con lo scopo principale di facilitare la progettazione dei giunti saldati e flangiati indicando i passi e le verifiche da eseguire fino all’ottenimento della risposta in termini di momento-rotazione. La procedura di progettazione è stata poi validata sulla base di un test sperimentale per entrambi i giunti. Nel terzo capitolo è stata affrontata la tematica relativa alla modellazione non lineare della struttura con riferimento ad un telaio multipiano oggetto di studio di ricerca presso l’università del Sannio. Le non linearità del telaio si sono modellate prima attraverso l’uso di cerniere rigido-plastiche e in un secondo momento attraverso molle elasto-plastiche unite alla trave ed alla colonna con dei tratti rigidi. Sono stati forniti tutti i dettagli per una corretta modellazione e uso con il software agli elementi finiti Sap2000 al fine di condurre una analisi statica non lineare di “Pushover”. Per meglio comprendere i reali meccanismi che si vengono a realizzare in prossimità delle zone nodali, si è considerata la modellazione solida 3D agli elementi finiti facendo riferimento al software Abaqus/CAE. Anche in questo caso è stata presentata una procedura di modellazione passo-passo, atta a rendere semplice anche questo tipo di analisi. La modellazione 3D è stata applicata sia alla tipologia di giunto saldato che a quello flangiato. In particolare, si sono analizzati a fondo i modelli di materiale impiegati, studiando la derivazione dei parametri che ne governano il loro comportamento. Si sono inoltre introdotte diverse tecniche di modellazione delle interazioni tra gli elementi che compongono il giunto. Sulla base dei risultati dei test sperimentali condotti presso l’Università Federico II di Napoli, è stato validato il modello agli elementi finiti solidi proposto. L'analisi della risposta numerica ottenuta, sotto un carico monotono si è dimostrata coerente con l’inviluppo della risposta ciclica sperimentale, sia per le risposte locali che per quelle globali. Questo tipo di modellazione si è inoltre dimostrata in grado di predire adeguatamente anche i fenomeni di instabilità locale che avvengono nelle fasi finali di comportamento del giunto. In conclusione, si può affermare che la tesi qui sviluppata può costituire un primo punto di partenza per la progettazione sismica delle strutture composte acciaio-calcestruzzo, argomento particolarmente complesso e articolato. Inoltre, il fatto che il modello numerico agli elementi finiti di tipo solido sviluppato si sia dimostrato particolarmente affidabile per lo studio di questo tipo di strutture, può fare propendere per un suo ampio utilizzo nello sviluppo preliminare di nuovi prototipi di giunti composti.
XXVII Ciclo
1969

Il lavoro svolto, in collaborazione con “Ducati Motor Holding”, si propone l’analisi, mediante l’applicazione di un software FEM (HyperWorks 9.0), delle strutture rappresentate dall’assieme paracoppa-parasassi e dal silenziatore. Il primo obiettivo consiste nell’ottenimento di un modello agli elementi finiti della struttura. Le simulazioni di calcolo consistono in analisi di tipo dinamico per determinare i modi di vibrare delle strutture. Sulla base di ulteriori simulazioni sulla risposta al transitorio del sistema si è studiato il loro comportamento nelle condizioni di funzionamento. La finalità del lavoro risiede dunque nella determinazione delle criticità strutturali che i componenti hanno manifestato durante prove sperimentali verificandole attraverso calcolo numerico e applicazione delle potenzialità del software applicato, per l’analisi degli aspetti sopra esposti.