Ottimizzare i progetti dei veicoli passeggeri con le app di simulazione

I tecnici in Mahindra si affidano alle app di simulazione per accelerare i processi di progettazione dei prodotti e alimentare una cultura della collaborazione

di Aditi Karandikar

Al giorno d’oggi, per i produttori di veicoli la progettazione è un procedimento iterativo che richiede la collaborazione tra analisti CAE (Computer-Aided Engineering), progettisti, team di produzione e fornitori. Mahindra rinnova costantemente i suoi processi per salvaguardare la qualità, la sicurezza e l’affidabilità che i suoi clienti hanno imparato ad attendersi.
Le sfide durante la progettazione del prodotto
Collaborare può rivelarsi un processo molto lungo, che richiede a diversi team di consolidare la propria competenza in modo significativo ed efficiente. Il tempo di progettazione per un particolare componente di un veicolo varia a seconda del numero di iterazioni necessarie per finalizzarlo e in certi casi può protrarsi per mesi.
Per vincere la sfida contro il tempo, il team di Mahindra ha esplorato le potenzialità dell’Application Builder incluso nel software COMSOL Multiphysics: ha esaminato diverse opzioni di progetto per la barra antirollio e per il telaio utilizzando le app di simulazione. L’adozione delle app ha portato una riduzione sostanziale dei tempi di iterazione, in confronto all’approccio convenzionale.
Un approccio innovativo per progettare la barra antirollio
Figura 1: Una tipica barra stabilizzatrice o antirollio
La barra antirollio è un componente fondamentale delle sospesioni, utilizzato per limitare il rollio del veicolo (ved. Figura 1). Per modellare accuratamente le deformazioni e gli sforzi, il team di progettazione ha dovuto assicurarsi di raggiungere livelli di rigidezza e di sforzo appropriati. Quando il modello è stato validato e i risultati hanno mostrato un buon accordo con gli esperimenti, è nata la prima app di simulazione.
L’app di simulazione della barra antirollio può adattarsi a una grande varietà di configurazioni, consentendo di prevedere fino a quindici anse e la possibilità di considerare barre vuote o solide (ved Figura 2).
Figura 2: App di simulazione che consente di creare la geometria e calcolare la rigidezza e lo spostamento di una barra antirollio.
L’utente finale inserisce le coordinate delle anse per rappresentare la geometria della barra antirollio e specifica la posizione del cuscinetto, la rigidezza della boccola e i parametri della sezione. L’analista CAE predefinisce i vincoli all’interno dell’app, in modo che per il progettista sia semplice e rapido effettuare simulazioni accurate, calcolare la rigidezza della barra e modellare gli sforzi per i casi di carico standard (ved. Figura 3).
Figura 3: Risultati ottenuti da un’app che calcola la rigidezza di una particolare configurazione di barra antirollio.
Il tempo medio di esecuzione dell’app è di qualche minuto: in questo modo il team di progettazione può effettuare iterazioni successive e ottenere un feedback immediato sui progetti. Il team di Mahindra ha scoperto che le app permettono di risparmiare molto tempo e favoriscono la collaborazione.

Ridurre le iterazioni nella progettazione del telaio
Il telaio è un altro componente portante di rilievo, che garantisce la rigidezza del veicolo e costituisce la base per montare altri componenti, come il motore e la trasmissione. Una delle architetture più comuni è un’ossatura a forma di scala con due elementi laterali lunghi e diversi elementi trasversali. Numero, dimensioni, posizione e forma dei componenti trasversali sono parametri importanti che vengono decisi in una fase iniziale della progettazione.
Utilizzando COMSOL Multiphysics, il team ha potuto combinare le tre analisi separate, così da ridurre le iterazioni CAE complete a soltanto una o due, risparmiando tempo prezioso. Il passo successivo è stato creare un’app di simulazione per il progetto del telaio, con un modello di trave 1D (ved. Figura 4) basato sulla teoria della trave di Timoshenko.

Figura 4. L’interfaccia utente dell’app di simulazione del telaio, disponibile sul portale interno di Mahindra, chiamato MathApps.

L’utente finale non ha bisogno di conoscere il modello matematico sottostante per ricavare con profitto risultati dall’app. L’analisi offre risultati rapidi e affidabili per molte configurazioni diverse e calcola sia la rigidezza torsionale e flessionale sia lo spostamento (ved. Figura 5).

Figura 5. I risultati della simulazione ottenuti dall’app per una particolare configurazione del telaio.

Le app di simulazione e la strada ancora da percorrere
L’unicità delle app utilizzate in Mahindra risiede nella loro capacità di gestire una grande quantità di variazioni parametriche, di fenomeni fisici e di condizioni al contorno. Questo permette ai progettisti di esplorare diverse opzioni di progettazione nelle prime fasi dello sviluppo del prodotto, senza la necessità di coinvolgere gli analisti CAE o di ricevere una formazione specifica nell’ambito della modellazione numerica. I risultati degli studi parametrici vengono presentati secondo le linee guida di progettazione, così da ottenere prodotti efficienti ed economicamente vantaggiosi.
Le app di simulazione sono state sviluppate sulla base di confronti dettagliati con progettisti e analisti CAE prima di essere distribuite nei vari team di Mahindra attraverso un’installazione locale del prodotto COMSOL Server. La simulazione multifisica e le app hanno permesso a Mahindra di ampliare le proprie possibilità di analisi per includere nei futuri lavori di simulazione anche analisi vibro-acustiche e termo-strutturali.

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