Soluzione teorica esatta per la pressione di contatto tra spinotto e piede di biella: applicazione all'ottimizzazione della geometria del piede

Prefazione La presente Tesi Ł il risultato di diversi mesi di lavoro svolto in collaborazione con Ferrari GeS, con l’obiettivo di sviluppare nuove metodologie di progettazione per componenti di motori ad elevate prestazioni. Lo studio del piede di biella e dei problemi di contatto esistenti tra questo particolare, la boccola e lo spinotto, Ł il tema principale che viene affrontato nelle pagine seguenti. Nell’ambito di questa analisi, che prende avvio con la discussione di una procedura di ottimizzazione dei parametri geometrici del piede di biella, volta alla riduzione del danneggiamento da fretting, viene de nito un modello analitico del contatto piede-spinotto, modello del quale Ł possibile ricavare la soluzione esatta in forma chiusa. L’ottenimento di risultati analitici del tipo descritto rappresenta un elemento molto fa- vorevole allo sviluppo di nuovi metodi di progettazione, dato che si ha, rispetto a soluzioni puramente numeriche, il vantaggio notevole di tempi di calcolo molto inferiori uniti alla possibilit di veri care rapidamente, ad esempio, l’in uenza della variazione dei diversi parametri che de niscono il problema. Naturalmente ci non signi ca che tecniche nu- meriche come il metodo degli elementi niti perdano di importanza: l’utilizzo congiunto di modelli analitici, gestibili mediante tutta la potenza dei moderni manipolatori algebrici, fornisce infatti un potenziamento, e non una sostituzione, degli strumenti nelle mani del progettista. Il Capitolo 1 propone una introduzione al danneggiamento da fretting. Questo feno- meno, il cui studio approfondito Ł il tema attuale di molte ricerche, comporta una drastica riduzione della vita a fatica dei componenti coinvolti: la sua riduzione risulta particolar- mente importante nell’ambito dei motori da competizione (F1), dove l’af dabilit Ł sempre piø un elemento determinante per il raggiungimento del successo. Nei Capitoli 2 e 3 viene descritta la possibilit di affrontare l’analisi del piede di biella mediante modelli piani realizzati con gli elementi niti e con la teoria delle travi curve, per la quale si presentano anche le tecniche numeriche di soluzione utilizzate nel resto della Tesi. Al Capitolo 4 si analizza un semplice modello analitico del contatto boccola-piede di biella, determinando le tensioni dovute al forzamento, il carico critico, che determina la perdita del forzamento stesso, e una stima dei parametri di danneggiamento da fretting. Lo sviluppo delle procedure di ottimizzazione della geometria del piede, volte all’u- niformare lo stato di sollecitazione all’interno di questo componente e alla riduzione del danneggiamento de fretting, viene affrontato al Capitolo 5. I Capitoli 6 e 7 presentano alcuni metodi per l’indagine dei problemi di contatto. Ven- gono de nite, in particolare, una tecnica basata sul metodo di collocazione ed una che nasce da una formulazione variazionale per la congruenza. Il Capitolo 8, nucleo della Tesi, propone un modello a travi curve del contatto tra spi- V