Analisi dinamica non lineare di un meccanismo di sospensione per carrelli ferroviari con smorzatori per attrito = Nonlinear dynamic analysis of a freight bogie suspension system with friction dampers

Il fenomeno dell’attrito costituisce una fonte di smorzamento in diversi ambiti dell’ingegneria. La dissipazione di energia si realizza nel momento in cui due corpi strisciano in corrispondenza di un’interfaccia di contatto. Ciò può contribuire a limitare la risposta dinamica del sistema, soprattutto in prossimità delle condizioni di risonanza. Nell’ambito dei carrelli ferroviari per il supporto di vagoni merci, tale principio viene sfruttato per mezzo di cunei integrati nel meccanismo di sospensione. Essi consentono di smorzare le vibrazioni indotte dalle irregolarità del binario, giocando per questo un ruolo importante nel comportamento dinamico del vagone. Alla semplicità tecnologica di questi cunei si contrappone la non linearità delle equazioni di equilibrio dinamico, introdotta dalla forza di attrito che si sviluppa alle loro interfacce di contatto. Tale sistema costituisce l’oggetto di indagine del seguente lavoro di tesi. Partendo da una breve panoramica circa lo stato dell’arte relativo all’applicazione considerata, nel quale vengono illustrati alcuni esempi di modelli per la simulazione nonché i principali strumenti matematici impiegati (modelli di contatto, metodo DTI e metodo HBM per la risoluzione delle equazioni del moto), viene infine presentato un modello agli elementi finiti di un carrello ferroviario con cunei adibiti allo smorzamento per attrito. Esso è stato realizzato mediante il software ANSYS APDL ispirandosi ad un banco sperimentale, presente in letteratura, per lo studio della dinamica verticale del sistema eccitato da una legge armonica di spostamento. Particolare attenzione viene dedicata alla modellazione del problema del contatto mediante gli strumenti resi disponibili dal software. I risultati ottenuti dalle analisi dinamiche alle quali è stato sottoposto il modello possono essere confrontati con quelli del banco sperimentale offrendo dunque un’indicazione sulla bontà del modello e sulla sua capacità previsionale della dinamica non lineare insita nel fenomeno.