Dynamic testing of a LMDh vehicle brake bell: un nuovo project work del Muner

Lo studio Dynamic Testing of a LMDh Vehicle Brake Bell è stato realizzato in team sotto la supervisione dei professori Francesco Pellicano e Antonio Zippo, nell’ambito del corso Dynamic Testing of Vehicles della Motorvehicle University of Emilia Romagna (MUNER), per dimostrare la validità di un approccio pratico, innovativo e rigoroso da poter considerare nella progettazione di componenti ad alte prestazioni.

Questo progetto si concentra sull’analisi di un componente specifico: la campana del freno del prototipo Cadillac LMDh, impiegato nel World Endurance Championship. L’obiettivo di questo studio è identificare sperimentalmente le frequenze naturali del componente e le relative forme modali utilizzando strumenti di misura dedicati.

Vediamo insieme di cosa si tratta e quali sono stati i passaggi affrontati in questo studio.

Il corso Dynamic Testing of Vehicles si occupa principalmente delle tecniche dedicate all’analisi e alla gestione delle vibrazioni nei sistemi meccanici e, in particolare, nei veicoli da competizione, sottolineando l’importanza dell’analisi dinamica nella progettazione di componenti meccanici.

In questo contesto, possiamo identificare tre principali cause di movimenti oscillatori alle quali la vettura è sottoposta: il profilo stradale, le forze derivanti da rotazioni parzialmente sbilanciate delle ruote o dei componenti della trasmissione e le oscillazioni intrinseche causate dai motori a combustione interna.

Le vibrazioni giocano un ruolo cruciale nella progettazione meccanica dei veicoli e, come tali, devono essere analizzate attentamente per evitare perdite di prestazioni e per garantirne la sicurezza; esse, infatti, possono compromettere la sicurezza e l’efficienza di un veicolo, specialmente in condizioni estreme come quelle delle gare di durata, e sono associate a fenomeni di fatica e, in alcuni casi, ad elevate accelerazioni in prossimità delle frequenze di risonanza.

Questo studio dimostra come un approccio meticoloso e integrato possa ottimizzare la progettazione di componenti chiave, garantendo prestazioni superiori e sicurezza.

Conoscere a fondo un componente apparentemente semplice come la campana del freno non solo permette di migliorare il design, ma getta anche le basi per future innovazioni nel settore automobilistico.

La campana del freno serve a trasmettere la coppia generata dalle pinze sul disco frenante al mozzo ruota, garantendo una decelerazione efficace. Nel caso del veicolo analizzato, la campana è realizzato in una lega di titanio (Ti6Al4V), scelta per la sua leggerezza e resistenza. Questo componente non costituisce solo una connessione, bensì contribuisce al raffreddamento del disco grazie a canali progettati per il flusso d’aria radiale.

Guidati dai professori Francesco Pellicano e Antonio Zippo, abbiamo combinato prove sperimentali e simulazioni numeriche.

1. Prove sperimentali: con un accelerometro piezoelettrico triassiale e un martello d’impatto con punta in Teflon, sono stati misurati i comportamenti dinamici. L’accelerometro ha registrato le accelerazioni nelle tre direzioni principali, mentre il martello ha fornito l’impulso necessario a stimolare le vibrazioni. È stato così possibile determinare, grazie all’impiego del software Simcenter Testlab, le frequenze naturali, le risonanze e i modi di vibrare del componente, sfruttando algoritmi specifici, come TimeMDOF e PolyMAX, per la definizione della Sum Frequency Response Function, risposta in frequenza del componente considerato.
2. Simulazioni FEM: attraverso il software Altair Hypermesh, il team ha modellato la campana del freno per analizzare le sue frequenze naturali e forme modali. La correlazione tra simulazioni e dati sperimentali ha permesso di validare il modello.

• Frequenze naturali identificate: Sono stati rilevati sette modi naturali, con frequenze tra 708 Hz e 2836 Hz. Alcuni di questi presentano “modi doppi”, dovuti alla simmetria assiale del componente.
• Forme modali: Le vibrazioni osservate includono modi di flessione, assiali e radiali. Questi dati aiutano a comprendere come la campana risponda alle forze durante l’uso.
• Validazione del modello: I risultati delle simulazioni si sono dimostrati in ottimo accordo con le prove sperimentali, garantendo la corretta gestione di sollecitazioni estreme durante una gara.

Il progetto è stato realizzato dal Gruppo 1 del corso Dynamic Testing of Vehicles 2024/2025 presso il MUNER. Gli autori coinvolti sono: Amedeo Moriconi, Antonio Maria Macripò, Michele Tomaselli, Sante Alessandro Grieco, Simone Bellini, Stefano Palazzo, Thomas Nardelli e Veronica Massa.

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