Analisi di vibrazioni di una macchina per prove di impatto

The main purpose of this work is to analyze the behaviour of an energy dissipation machine used in homologation impact testing. The aim of the regulation which describes the test is to reduce the severity of the head injuries of occupants impacting the interior panels of the vehicles. The measurement data resulting from the tests show the presence of a vibration problem involving a part of the studied machine. In the first part of the thesis the global situation of road safety is described to highlight how the mortality problem related to road accidents is relevant. The main legislative codes are listed and the ECE R21 regulation is deeply analyzed in order to understand the geometry requirements, the working principles of the machine and the scope of the regulation tests. In the following chapter some experimental tests are compared in order to obtain the acceleration signal which highlights the vibration problem. Subsequently the reason of the vibration is investigated performing an experimental modal analysis through a hammer test. The results of the experimental analysis are compared to the ones coming from a numerical modal analysis. The aim of the numerical model is to correctly represent the behaviour of the energy dissipation machine. Two finite element dynamic simulations are described and performed and their numerical results are compared to the experimental ones. The dynamic analysis model is developed using the software LS-DYNA. In the final part of the work the study of a new structure is reported. The preliminary design of the model should meet the regulation requirements and the constraints imposed by the laboratory. The experimental work has been developed in collaboration with CSI Spa.

Il presente elaborato si propone di analizzare e di descrivere il comportamento di una macchina di dissipazione dell'energia. Essa viene utilizzata nell'ambito della sicurezza passiva degli autoveicoli per test omologativi aventi lo scopo di ridurre i danni causati dall'impatto della testa degli occupanti di un veicolo contro le finiture interne dell'abitacolo. La necessità dello studio nasce dai risultati di alcune misurazioni sperimentali di impatto che hanno evidenziato un problema di vibrazioni che coinvolge una parte della macchina in questione. Si intende, inizialmente, analizzare la situazione della sicurezza stradale a livello globale mostrando quanto la problematica legata alla mortalità stradale sia rilevante. Si elencano e si descrivono i mezzi con cui si cerca di intervenire per porre rimedio alla problematica e i principali codici legislativi inerenti al problema. Si approfondiscono i passi della normativa ECE R21 che regolamenta la prova omologativa ottenuta mediante la macchina di dissipazione dell'energia per meglio comprendere le geometrie e il funzionamento della macchina e lo scopo dei test da essa compiuti. Si procede, poi, facendo emergere le vibrazioni sperimentalmente, verificandone l'esistenza, acquisendo, analizzando e confrontando i dati di accelerazione durante diversi test eseguiti utilizzando la macchina. Successivamente si ricercano le cause della vibrazione presentando i criteri che hanno guidato un'analisi modale sperimentale eseguita tramite hammer test e i risultati ottenuti. Il lavoro continua con un confronto dei risultati sperimentali con quelli provenienti da un'analisi modale numerica, allo scopo di validare un modello ad elementi finiti ben rappresentativo del macchinario esaminato. Si descrivono, inoltre, le scelte compiute nell'impostazione di due simulazioni dinamiche ad elementi finiti ottenute utilizzando il software LS-DYNA e si confrontano i risultati ottenuti dalle analisi numeriche con quelli ricavati sperimentalmente in laboratorio. Si conclude, infine, cercando una soluzione al problema, progettando una nuova trave che soddisfi i requisiti richiesti dalla normativa e i vincoli imposti dal laboratorio. Il lavoro sperimentale e numerico è stato eseguito in collaborazione con l'azienda CSI Spa.