Simulazioni FEM e costruzione di un set-up meccanico per la caratterizzazione di un impianto frenante = FEM simulations and construction of a mechanical set-up for the characterization of a braking system

Oggigiorno, il ruolo della simulazione in azienda è sempre più importante per poter valutare varie possibilità progettuali e studiare fenomeni fisici in modo semplice ed efficace, risparmiando così risorse temporali ed economiche. Il lavoro ha l’obbiettivo di studiare il contatto disco-pastiglia di un impianto frenante di una bicicletta tramite simulazione agli elementi finititi e, successivamente, la creazione di un set-up per poter effettuare prove di misura in modo da verificare la bontà dei modelli FEM precedentemente costruiti. L’obbiettivo finale è, quindi, di creare un modello convergente sui risultati sperimentali, che possa essere utilizzato per descrivere il fenomeno nel modo più accurato possibile. La creazione di tale modello si è resa necessaria in quanto è la prima fase di un progetto sullo studio e la creazione di pastiglie “intelligenti” (SmartPad) per uso automobilistico che rilevino i parametri di frenata in tempo reale. È stato quindi fondamentale poter creare un prototipo con forze e temperature molto più limitate così da poter creare un banco di prova per la rilevazione delle misure da poter confrontare con i risultati delle simulazioni. Il lavoro di simulazione è stato svolto con l’ausilio del software COMSOL, quindi, per prima cosa, sono state realizzate delle prove iniziali di analisi FEM in modo da poter prendere confidenza con il tool e la modellizzazione dello strisciamento tra due corpi. Dopo questa fase iniziale, si è passati alla sperimentazione con la creazione di modelli FEM che ricreassero il comportamento di disco e pastiglia quando sottoposti a frenata. Per poter ridurre i tempi e migliorare i risultati, si utilizzato il software di calcolo MATLAB per la creazione di apposite funzioni per la definizione del flusso di potenza termico. Successivamente, dopo aver ottenuto i risultati dai modelli simulati, si è progettato e costruito il set-up per la prova empirica e si sono reperiti i sensori necessari per poter effettuare le misurazioni necessarie. Le temperature su disco e pastiglia ottenute dalle misure sperimentali sono stati messi a confronto i risultati della simulazione e si è valutata la bontà delle ipotesi effettuate in precedenza durante l’impostazione dei modelli FEM e su quali parametri poter intervenire per portarli a convergenza. Alla fine della fase di confronto, si è giunti alla conclusione che il software di simulazione è in grado di ricreare in modo soddisfacente il fenomeno fisico, nonostante le ipotesi, le approssimazioni effettuate e la scarsa conoscenza di alcuni parametri dei materiali.