Impiego di tecniche multibody per la predizione della radiazione acustica e del comfort interno di veicoli per l'autotrazione

È noto che i motori a combustione interna rappresentano la principale fonte di vibrazioni e di rumore presente all’interno di un autoveicolo. Quando si progetta un nuovo motore, è necessario tener conto di diversi obiettivi che potrebbero essere considerati come dei veri e propri vincoli progettuali come, ad esempio, elevate prestazioni, peso contenuto, durata elevata, basso costo, bassi livelli di rumore e di vibrazioni, ecc. Questi obiettivi tuttavia sono di natura diversa e risultano spesso essere in conflitto tra loro (incrementare le prestazioni di un motore, ad esempio, non sempre ha un risvolto positivo sulle sue emissioni di rumore) ed è necessario, quindi, raggiungere un buon compromesso ancor prima di realizzare un vero e proprio prototipo fisico. Negli ultimi anni a causa della crescente domanda di veicoli sempre più performanti e confortevoli, e per restare al passo con la concorrenza, le case automobilistiche hanno fatto sempre più ricorso all’uso di tecniche di modellazione CAE e di simulazione numerica con lo scopo di ridurre i tempi di sviluppo e velocizzare l’immissione sul mercato di nuovi prodotti. L’uso di tali tecniche è ormai uno strumento indispensabile per i tecnici già durante le prime fasi decisionali del processo di progettazione e ciò è particolarmente vero nell’ambito dell’ottimizzazione NVH (Noise, Vibration, Harshness) di un sistema complesso come può essere un motore a combustione interna o un veicolo. I metodi di modellazione strutturale ed acustica permettono di stimare non solo le prestazioni del sistema in termini di forze e di durata, ma anche in termini di rumore e di vibrazioni, e sono diventati ormai gli strumenti chiave del processo di sviluppo, per soddisfare le esigenze dei clienti di veicoli confortevoli e rientrate nei limiti imposti dalle vigenti regolamentazioni. Questo è particolarmente vero nel campo delle basse frequenze e ai bassi regimi di rotazione, dove le vibrazioni generate dal motore, trasmesse direttamente alla scocca per mezzo dei suoi ancoraggi, diventano un importante fenomeno di eccitazione e quindi di rumore all’interno dell’abitacolo. L’attività di ricerca svolta e descritta nel presente lavoro di tesi è stata orientata verso due obiettivi principali: 1. studiare il comportamento vibroacustico di un prototipo di motore diesel multicilindrico e di stimarne il rumore radiato a partire dalla sola conoscenza dei dati geometrici in tutto il suo campo di funzionamento; 2. stimare il livello di rumore percepito dai passeggeri all’interno dell’abitacolo in un’analisi orientata a migliorare il comfort dei passeggeri, a partire dalle vibrazioni che il motore trasmette mediante gli ancoraggi alla scocca del veicolo. Entrambi gli obiettivi sono stati raggiunti mediante l’accoppiamento di differenti tecniche di simulazione numerica: la simulazione monodimensionale e quella della dinamica multi-body da un lato, hanno permesso di caratterizzare il comportamento dinamico del motore; mentre le note metodologie agli elementi finiti (FEM) e agli elementi di contorno (BEM) dall’altro, hanno permesso di caratterizzarne il comportamento vibro-acustico. Parallelamente all’attività numerica, sono state svolte anche attività sperimentali; in particolare analisi modali sperimentali sono state condotte su componenti motoristiche quali albero motore e blocco cilindri per la stima dei parametri modali, e analisi di vibrometria laser sono state condotte per la stima del livello di vibrazioni a cui è soggetto un motore a combustione interna. L’esecuzione delle prove e i risultati ottenuti sono anch’essi descritti nel presente lavoro