Development of a physical predictive approach to estimate the dynamic performances of hydraulic dampers with shim stack valves

During the last years, the railway transport industry has been characterised by continuosly increasing standards for safety, durability and passenger comfort. Research & Development on innovative suspensions is getting more relevance since they allow rail vehicles to offer high performances at higher speed. Hydraulic dampers are one of the most diffused type of suspension components. They are designed to dissipate kinetic energy due to viscous damping. The required force characteristic of a shock absorber can be achieved through different valve technologies. Among them, shim stack valves allow to match the desired damper performances thanks to their high variability. Unfortunately, this valve type is characterised by a complex design and the selection of the ideal shim stack assembly is far from trivial. The main objective of the thesis is the establishment of a new virtual method for estimating the performances of the KONI 97X dampers, based on shim stack technology. The proposed method is required to offer good sensitivity to a wide range of design parameters, from the composition of the shim stack valves to the main geometrical features of the damper. The predictive approach is intended to assist the design of shim stack dampers by simulating the dynamic performances of a given layout in a fully virtual environment. The final aim of the methodology is to characterise a damper prototype by saving cost and time with respect to experimental tests.

Negli ultimi anni, l'industria del trasporto ferroviario è stata caratterizzata da un continuo aumento negli standard di sicurezza, durabilità e comfort dei passeggeri. La ricerca e sviluppo di sospensioni innovative sta acquistando sempre più rilevanza, in quanto elementi che consentono ai veicoli ferroviari di offrire prestazioni migliori a velocità più elevate. Gli smorzatori idraulici sono una delle tipologie più diffuse di componenti per sospensioni. Sono progettati per dissipare l'energia cinetica per effetto dello smorzamento viscoso. La caratteristica di forza richiesta da un ammortizzatore può essere raggiunta attraverso diverse tecnologie di valvole. Tra queste, le valvole "shim stack" consentono di ottenere le prestazioni di smorzamento desiderate grazie alla loro elevata variabilità. Sfortunatamente, questo tipo di valvola è caratterizzato da un design complesso, e la scelta dell'assieme ideale di lamelle è tutt'altro che banale. L'obiettivo principale della tesi è la creazione di un nuovo metodo virtuale per la stima delle prestazioni degli smorzatori KONI 97X, basati sulla tecnologia "shim stack". Il metodo proposto deve offrire una buona sensibilità a un'ampia gamma di parametri di progettazione, dalla composizione delle valvole "shim stack" alle principali caratteristiche geometriche dell'ammortizzatore. L'approccio predittivo consente di assistere la progettazione di un nuovo componente, simulando le prestazioni dinamiche di un dato layout in un ambiente completamente virtuale. Lo scopo finale della metodologia è quello di caratterizzare un prototipo di smorzatore risparmiando costi e tempo rispetto ai test sperimentali.