La sfida

Il progetto ha richiesto di affrontare il comportamento dinamico di un motore con gruppo di trasmissione integrato e cinematismi interni ad elevata complessità, valutandone la stabilità a regime e le sollecitazioni cicliche sui principali componenti. Dal punto di vista ingegneristico, ciò significa costruire un “gemello” multi-corpo capace di riprodurre non solo i movimenti nominali, ma anche gli effetti combinati di rigidezze reali dei supporti, contatti ingrananti, attriti e perdite, eccitazioni periodiche legate al ciclo di combustione e all’inerzia degli organi in moto alterno. La difficoltà principale sta nel fatto che la stabilità non dipende da un singolo parametro, ma dall’interazione tra cinematica, bilanciamento masse, complianze e smorzamenti, con un comportamento che può cambiare sensibilmente al variare di minime deviazioni geometriche. Inoltre, per ottenere storie di carico utilizzabili nelle verifiche strutturali e di durabilità, non basta un’analisi “media”: occorre ricostruire ampiezza e fase delle oscillazioni, distinguere i contributi quasi-statici da quelli dinamici, e mappare come le forze si redistribuiscono su cuscinetti, giunzioni e vincoli durante il ciclo. Su questa base, la sfida diventa duplice: riprodurre in simulazione le condizioni che possono innescare anomalie di moto e, allo stesso tempo, mantenere un livello di modellazione sufficientemente fedele da rendere credibili i carichi estratti e le conclusioni progettuali.

Il nostro contributo

SmartCAE ha sviluppato un modello di dinamica multi-corpo a partire dalla geometria 3D dell’assieme e dalle informazioni funzionali disponibili, traducendo l’architettura reale in un insieme coerente di corpi rigidi, giunti e vincoli deformabili. Un punto chiave è stata la caratterizzazione dei supporti rotanti: la rigidezza dei cuscinetti e la rappresentazione delle perdite per attrito sono state introdotte per rendere il comportamento a regime confrontabile con l’esercizio, evitando che un modello “ideale” mascherasse i meccanismi di instabilità. Sono stati poi definiti gli ingressi di eccitazione e le resistenze equivalenti, in modo da riprodurre un funzionamento stazionario realistico e poter osservare le oscillazioni di coppia e velocità come risultato dell’equilibrio tra potenza disponibile, perdite e inerzie. Sulla configurazione nominale sono state estratte le storie di carico alle interfacce più significative, ricostruendo il percorso delle forze e individuando dove si concentrano le componenti alternate. Successivamente, è stata condotta una campagna di sensibilità introducendo perturbazioni rappresentative di tolleranze, disallineamenti e sbilanciamenti: questo passaggio ha permesso di capire quali imperfezioni sono in grado di eccitare moti fuori piano e carichi spurii, e quali invece risultano sostanzialmente innocue. Infine, sulla base delle evidenze emerse, sono state valutate soluzioni di modifica del collegamento cinematico e dell’architettura dei vincoli, con l’obiettivo di rendere il sistema meno sensibile alle perturbazioni e più stabile per costruzione, verificandone il comportamento con lo stesso approccio di simulazione.

I benefici per il cliente

L’attività ha fornito al cliente una lettura chiara e ingegneristicamente tracciabile del comportamento del motore a regime, trasformando un problema “osservato” in un insieme di cause plausibili e verificabili. Disporre di storie di carico credibili, e non di semplici valori statici, significa poter alimentare con coerenza le verifiche strutturali dei componenti, la valutazione della durabilità di cuscinetti e tenute, e le analisi di resistenza a fatica con cicli di sollecitazione rappresentativi. La sensibilità alle tolleranze e al bilanciamento masse, quantificata in modo sistematico, permette inoltre di definire specifiche di produzione e assemblaggio più mirate, concentrando i controlli dove davvero fanno la differenza e riducendo il rischio di interventi correttivi tardivi. Dal punto di vista progettuale, l’individuazione delle configurazioni più robuste rispetto a disallineamenti e sbilanciamenti consente di migliorare l’affidabilità senza inseguire “soluzioni forti” basate solo su sovradimensionamenti, con benefici su prestazioni, ripetibilità e qualità percepita del prodotto. In sintesi, il valore per il cliente è stato ottenere una base decisionale solida per scegliere modifiche efficaci, ridurre l’incertezza tecnica, abbreviare i cicli di iterazione e mitigare il rischio di guasti prematuri, valorizzando la progettazione con evidenze numeriche direttamente collegate alle condizioni reali di funzionamento.