L’attenzione ai cambiamenti climatici e all’incremento dei costi legati alla crisi energetica, sta favorendo un consolidamento molto rapido dell’elettrificazione, plasmando le nuove tecnologie con le quali ci troviamo a confrontare sempre più frequentemente. Il settore dei trasporti è certamente uno dei più colpiti da questo processo di cambiamento, in particolare i veicoli ibridi ed elettrici sono in crescita esponenziale e molti stati hanno già fissato una deadline per fermare definitivamente la produzione di vetture con motore a combustione interna.
I veicoli elettrici sono in generale più silenziosi dei tradizionali motori a combustione interna, ma il suono proveniente dal motore elettrico può risultare invadente e persino sgradevole. Una bella sfida per gli ingegneri del nuovo millennio, che lasceranno da parte i loro appunti su valvole e iniettori, per trovare nuovi stratagemmi col fine di migliorare l’assorbimento o la completa schermatura del rumore indesiderato.
Simulazione multifisica dei sistemi complessi: come l'analisi NVH migliora la progettazione.
Pensare di poter riprodurre virtualmente gli effetti cinematici, vibrazionali ed acustici di un sistema complesso come un motore elettrico non è più affatto un’utopia. Le piattaforme di simulazione multifisica e i nuovi software supportano gli ingegneri ed analisti nello sviluppo prodotto dalle prime fasi della modellazione CAD, fino alla caratterizzazione delle più avanzate prestazioni multifisiche. D'altronde la progettazione ottimale del motore elettrico è fondamentale per ridurre l'NVH (Noise, Vibration & Harshness) e garantire il corretto funzionamento del gruppo propulsore di un veicolo. Le tecnologie numeriche sono parte di un ecosistema unico e permettono di studiare il funzionamento di un motore elettrico correlando in maniera integrata tutti i fenomeni fisici coinvolti – performance elettriche ed elettroniche, studio dei fenomeni termici, valutazioni aerodinamiche, analisi cinematica e dinamica del sistema con valutazione delle vibrazioni indotte dalle forze elettromagnetiche all'interno della macchina elettrica, generazione della risposta acustica e rendering sonoro.
Per migliorare le condizioni NVH del veicolo e rendere il viaggio del nostro passeggero reale più confortevole e silenzioso, è fondamentale in fase progettuale identificare quali siano i parametri che hanno maggior impatto sulle prestazioni vibroacustiche del modello virtuale. Nelle macchine elettriche la causa del problema è da ricercarsi nello sviluppo delle forze elettromagnetiche, che dipendono dalla densità del flusso del traferro, dal numero di poli, dal numero di fessure nello statore, dal tipo di avvolgimento e dalle condizioni di guasto, tutti fattori che possono essere analizzati nelle soluzioni di simulazione numerica.
Analizzando l’andamento delle forze elettromagnetiche, è possibile correlare l’aumento dei fenomeni di NVH alla presenza di piccole increspature di forza. Selezionando la tipologia di motore più idoneo – a magneti permanenti con magneti interni o di superficie o macchine a riluttanza commutata o ad induzione – ed intervenendo sui modelli circuitali, magnetici e strutturali è possibile ottimizzare l’intero sistema. I parametri chiave per la riduzione del rumore acustico irradiato, dipendono dall'alloggiamento strutturale, dalla disposizione delle alette di raffreddamento, dalla minimizzazione dell'eccentricità o dalla filtrazione delle correnti di commutazione.
Attualmente esistono tecnologie CAE completamente dedicate alla valutazione acustica virtuale, che forniscono un feedback completo nella valutazione della qualità del rumore emesso, permettendo la rappresentazione grafica del suono attraverso diagrammi tempo-frequenza.
La simulazione acustica: dalla modellazione alla percezione uditiva
La simulazione multifisica sviluppata in ambiente numerico, combinando le tecnologie esistenti, consente di ottenere infine un file audio della configurazione acustica del motore per produrre e ascoltare esplicitamente il suo suono a velocità variabili, un elemento fondamentale per comprendere quale sarà l’impatto del nuovo prodotto sulla percezione uditiva umana.
Una volta identificati ed elaborati tutti i modelli ed i principali parametri del sistema, la suite di simulazione numerica consente al progettista di selezionare con consapevolezza e sicurezza il design del modello ottimale, in termini di decibel complessivi e qualità percepita durante il funzionamento del motore.
Se ti interessa avere maggiori informazioni su questa metodologia e scoprire i vantaggi che la tua azienda avrebbe nell'integrarla all'interno dei suoi processi di progettazione e produzione, contattaci, uno dei nostri esperti risponderà a tutte le tue domande.
