A.
Modellazione ed analisi elastodinamica di macchine, meccanismi e
strutture
- A1. Meccanismi a camma per macchine automatiche
- A2. Trasmissioni con ingranaggi
- A3. Meccanismi della distribuzione desmodromica di motori
motociclistici
- A4. Pompe ad ingranaggi di impiego motoristico
- A5.
Manovellismi di motori a combustione interna per
motociclo
-
A6. Meccanismi in catena
chiusa bilanciati staticamente
-
A7. Strutture portanti
di macchinari
- A8. Assi di macchine utensili a
controllo numerico
B. Monitoraggio e diagnostica di organi e
macchinari rotanti mediante analisi delle vibrazioni
- B1. Organi di macchine automatiche
- B2. Ruote dentate
- B3. Compressori assial-centrifughi
- B4. Motori a combustione interna
C. Analisi spettrale d'ordine superiore di
sistemi meccanici non-lineari
D. Altro
-
D1. Rilievo accurato di
frequenze naturali
-
D2. Analisi modale
operativa
-
D3. Test di qualifica a
vibrazioni
-
D4. Caratterizzazione
vibro-acustica di dispositivi protesici
-
D5. Monitoraggio delle
perdite in condotte idriche mediante analisi delle
vibrazioni
A. Modellazione ed analisi
elastodinamica di macchine, meccanismi e strutture
La ricerca, di tipo numerico-sperimentale, riguarda lo studio
del comportamento dinamico di sistemi meccanici a cui sono
richiesti elevate prestazioni in termini di velocità di
funzionamento, precisione nella realizzazione della legge di moto e
bassa rumorosità. Nella fase iniziale della ricerca si sono presi
in considerazione principalmente meccanismi per macchine
automatiche di elevate prestazioni, trasmissioni con ingranaggi,
assi di macchine utensili a controllo numerico. Nel seguito gli
studi hanno riguardato meccanismi della distribuzione desmodromica
di motori a combustione interna per motociclo, pompe ad ingranaggi
impiegate in dispositivi di servosterzo, e strutture portanti di
macchinari ad elevata dinamica. In tali sistemi, le sempre
crescenti prestazioni richieste sono fortemente limitate da
rilevanti vibrazioni, eccitate dalle azioni d'inerzia conseguenti a
movimenti non uniformi con accelerazioni elevate e/o da variazioni
dei parametri dei sistemi (eccitazioni parametriche), come
confermato da numerosi rilievi sperimentali.
In questo contesto, l'obiettivo della ricerca è analizzare il
legame tra i parametri costruttivi e funzionali dei sistemi in
esame ed il loro comportamento dinamico, mediante simulazioni
ottenute con opportuni modelli cineto-elastodinamici, a loro volta
validati tramite rilievi sperimentali. Le simulazioni hanno la
finalità di identificare le cause dei principali malfunzionamenti
nella fase delle prove su prototipo, di fornire utili indicazioni
per l'eliminazione di tali malfunzionamenti e di prevedere
l'efficacia di modifiche progettuali. L'attività è consistita nello
sviluppo e nella validazione sperimentale dei modelli di specifici
sistemi meccanici di diversa tipologia, al fine di mettere a punto
metodologie relativamente generali per la modellazione delle
trasmissioni ed azionamenti meccanici più comunemente
impiegati.
Nello sviluppo dei modelli, ci si è riferiti sia
all'ottimizzazione del comportamento vibratorio di macchine di
elevate prestazioni (relazioni tra i parametri del sistema e
l'effettivo comportamento dinamico), sia alla diagnostica dei
malfunzionamenti (individuazione della natura e dell'origine di
fenomeni dinamici di entità inaccettabile). I modelli sviluppati
considerano con adeguata accuratezza i fenomeni più rilevanti ai
fini della simulazione del comportamento dinamico dei relativi
meccanismi; allo stesso tempo, si mantengono sufficientemente
semplici e computazionalmente efficienti e di facile comprensione
dal punto di vista fisico. Si tratta, in particolare, di modelli
non lineari a parametri concentrati e/o ad elementi finiti che in
generale considerano l'effettiva distribuzione delle masse, la
cedevolezza elastica degli organi, le azioni dissipative viscose e
non viscose, i giochi, la rigidezza hertziana dei contatti e
l'effetto di schiacciamento del lubrificante (squeeze) nelle coppie
cinematiche, la variabilità dei parametri del sistema e l'andamento
nel tempo delle forze esterne. I parametri del modello vengono
identificati basandosi sui dati costruttivi dei meccanismi (anche
con l'ausilio della modellazione a elementi finiti degli organi) e
su misure sperimentali. L'integrazione delle equazioni del moto,
quando non ottenibile in forma chiusa, viene effettuata
numericamente tramite codici dedicati o, in alternativa, impiegando
software commerciale.
I risultati della simulazione sono validati con l'ausilio di
rilievi sperimentali. La fase sperimentale è essenziale, sia per la
citata identificazione dei parametri del modello, soprattutto nel
caso di macchine di tipologia non ancora studiata, sia per la
validazione del modello. In alcuni casi, i rilievi sono
relativamente complessi e richiedono lo sviluppo di tecniche
sperimentali particolari
B. Monitoraggio e diagnostica di organi rotanti
delle macchine mediante analisi delle vibrazioni
Nel campo degli organi e macchinari rotanti, la ricerca ha
riguardato il rilevamento precoce di fratture in atto in denti di
ingranaggi ed il monitoraggio e la diagnostica di meccanismi a
camma per macchine automatiche, con specifico riferimento al
rilevamento delle condizioni di usura nelle coppie cinematiche. In
particolare, in letteratura non sono stati trovati studi in
quest'ultimo settore. Più di recente si sono condotti studi anche
su compressori assial-centrifughi e su motori a combustione interna
testati su banchi prova a freddo. Alla base della ricerca sta
l'esecuzione di numerose prove sperimentali, condotte in diverse
condizioni di esercizio in ambiente industriale o su banco prova,
sia in condizioni integre sia in presenza di difetti naturali o
introdotti artificialmente. I segnali di vibrazione rilevati
durante le prove sono stati elaborati ed analizzati secondo
tecniche diverse - alcune presenti in letteratura ed opportunamente
sviluppate, altre messe a punto appositamente - al fine di
caratterizzare con sicurezza le condizioni delle macchine in esame.
La selezione della tecnica più adatta alle varie applicazioni è
effettuata sia sulla base di indagini sperimentali, sia mediante la
modellazione delle alterazioni che i difetti inducono sul segnale
vibratorio.
C. Analisi spettrale d'ordine superiore di
sistemi meccanici non-lineari
Il comportamento non-lineare dei sistemi meccanici può essere
legato all'insorgere di guasti quali, ad esempio, l'innesco di
cricche di fatica, l'incremento di giochi, la perdita di contatto
in giunzioni. Tali malfunzionamenti generano vibrazioni
contraddistinte da interazioni e accoppiamenti tra le componenti
spettrali. La ricerca ha per oggetto lo studio e l'applicazione di
metodologie avanzate di analisi del segnale che siano
particolarmente sensibili alle caratteristiche appena evidenziate,
con conseguente notevole interesse nel campo del monitoraggio degli
organi meccanici e delle macchine. Ci si rivolge in particolare a
metodi di elaborazione del segnale vibratorio basati sull'analisi
spettrale di ordine superiore in quanto particolarmente adatta a
rilevare non-linearità e fenomeni di interazione tra le diverse
frequenze presenti in un segnale.
D. Altro
Questa tipologia di attività riguarda in generale a nalisi
teorico-sperimentali con applicazioni a diversi sistemi meccanici,
per lo più meccanismi e macchinari. Molte delle ricerche condotte
sono nate a seguito di attività di trasferimento tecnologico alle
imprese. Più di recente ha preso il via una ricerca nell'ambito
della qualifica a vibrazione di componenti meccanici, in
collaborazione con una azienda di livello internazionale nel campo
della simulazione e del testing.
