Riprogettazione di mozzi ruota per una vettura di Formula SAE

Con questa tesi si vuole illustrare e riordinare il lavoro da me svolto sulla progettazione di mozzi ruota e di altri componenti ad esso associati, relativi alla vettura del team di Formula SAE dell’Università di Bologna. Dopo una prima fase di studio del particolare componente tesa a definire quali caratteristiche fossero richieste al fine di raggiungere gli obbiettivi, si è passati allo sviluppo del progetto con lo svolgimento di primi calcoli a mano, per definire in linea di massima le sollecitazioni, per poi affinare il dimensionamento con le simulazioni FEM. Il componente è stato infine realizzato in lega d'alluminio ad elevate prestazioni.

Realizzazione e messa a punto degli impianti di raffreddamento e lubrificazione per una vettura di Formula SAE tramite analisi termofluidodinamica e acquisizione di telemetria in pista

L’obiettivo di questa tesi è illustrare quali siano stati i metodi di studio e le soluzioni adottate per ottimizzare gli impianti di raffreddamento e lubrificazione della monoposto da competizione sviluppata dal team Unibo Motorsport, in preparazione alla stagione di gara 2016 della Formula SAE®. Inizialmente saranno analizzate le principali problematiche di entrambi gli impianti attraverso simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics) e dati telemetrici degli anni passati. In seguito, saranno mostrati i diversi procedimenti di progettazione e il completamento degli impianti unitamente ad una loro valutazione economica. Infine, per verificare l’effettivo successo delle operazioni svolte a bordo vettura, verranno mostrate acquisizioni telemetriche relative alle gare ed altre simulazioni relative alle nuove geometrie sviluppate. Un altro obiettivo della trattazione è mettere a disposizione dei futuri membri del reparto motore un documento che contenga tutte le considerazioni fatte a riguardo degli impianti studiati. Questo è fondamentale all’interno di un ambiente come un team di Formula SAE®, dove ogni anno si ha il ricambio di una buona parte dei membri. Se gli studi svolti sugli impianti venissero persi, i nuovi arrivati si troverebbero a mettere le mani su un qualcosa di sconosciuto e lo sviluppo della vettura negli anni si troverebbe enormemente rallentato. Il “learning by doing” che ha sempre caratterizzato questo progetto viene infatti affiancato con armonia dalla possibilità di consultare esperienze pregresse relative al caso di studio considerato.

Conception optimale d’une chaîne de traction électrique pour une voiture de type Formule SAE

La Formule SAE (Society of Automotive Engineers) est une compétition étudiante consistant en la conception et la fabrication d’une voiture de course monoplace. De nombreux événements sont organisés à chaque année au cours desquels plusieurs universités rivalisent entre elles lors d’épreuves dynamiques et statiques. Celles-ci comprennent l’évaluation de la conception, l’évaluation des coûts de fabrication, l’accélération de la voiture, etc. Avec plus de 500 universités participantes et des événements annuels sur tous les continents, il s’agit de la plus importante compétition d’ingénierie étudiante au monde. L’équipe ULaval Racing a participé pendant plus de 20 ans aux compétitions annuelles réservées aux voitures à combustion. Afin de s’adapter à l’électrification des transports et aux nouvelles compétitions destinées aux voitures électriques, l’équipe a conçu et fabriqué une chaîne de traction électrique haute performance destinée à leur voiture 2015. L’approche traditionnelle employée pour concevoir une motorisation électrique consiste à imposer les performances désirées. Ces critères comprennent l’inclinaison maximale que la voiture doit pouvoir gravir, l’autonomie désirée ainsi qu’un profil de vitesse en fonction du temps, ou tout simplement un cycle routier. Cette approche n’est malheureusement pas appropriée pour la conception d’une traction électrique pour une voiture de type Formule SAE. Ce véhicule n’étant pas destiné à la conduite urbaine ou à la conduite sur autoroute, les cycles routiers existants ne sont pas représentatifs des conditions d’opération du bolide à concevoir. Ainsi, la réalisation de ce projet a nécessité l’identification du cycle d’opération routier sur lequel le véhicule doit opérer. Il sert de point de départ à la conception de la chaîne de traction composée des moteurs, de la batterie ainsi que des onduleurs de tension. L’utilisation d’une méthode de dimensionnement du système basée sur un algorithme d’optimisation génétique, suivie d’une optimisation locale couplée à une analyse par éléments-finis a permis l’obtention d’une solution optimale pour les circuits de type Formule SAE. La chaîne de traction conçue a été fabriquée et intégrée dans un prototype de voiture de l’équipe ULaval Racing lors de la saison 2015 afin de participer à diverses compétitions de voitures électriques.

Estudo da sinterização de cavacos de aço ferritico

This research studies the sintering of ferritic steel chips from the machining process. Were sintered metal powder obtained from machining process chips for face milling of a ferritic steel. The chip was produced by machining and characterized by SEM and EDS, and underwent a process of high energy mill powder characterized also by SEM and EDS. Were constructed three types of matrixes for uniaxial compression (relation l / d greater than 2.5). The differences in the design of the matrixes were essentially in the direction of load application, which for cylindrical case axial direction, while for the rectangular arrays, the longer side. Two samples were compressed with different geometries, a cylindrical and rectangular with the same compaction pressure of 700 MPa. The samples were sintered in a vacuum resistive furnace, heating rate 20 °C / min., isotherm 1300 °C for 60 minutes, and cooling rate of 25 °C / min to room temperature. The starting material of the rectangular sample was further annealed up to temperature of 800 ° C for 30 min. Sintered samples were characterized by scanning electron microscopy, optical microscopy and EDS. The sample compressed in the cylindrical matrix did not show a regular density reflecting in the sintered microstructure revealed by the irregular geometry of the pores, characterizing that the sintering was not complete, reaching only the second phase. As for the specimen compacted in the rectangular array, the analysis performed by scanning electron microscopy, optical microscopy and EDS indicate a good densification, and homogeneous microstructure in their full extent. Additionally, the EDS analyzes indicate no significant changes in chemical composition in the process steps. Therefore, it is concluded that recycling of chips, from the processed ferritic steel is feasible by the powder metallurgy. It makes possible rationalize raw material and energy by manufacture of known properties components from chips generated by the machining process, being benefits to the environment

Temple intensivo de un acero AISI/SAE 5160

Componentes fabricados de acero AISI/SAE 5160 son usados en la suspensión de automóviles. El procesamiento en planta incluye un tratamiento térmico convencional que consiste en austenizado, seguido de temple en aceite y revenido. Como post-proceso para generar esfuerzo residuales compresivos en la superficie de los muelles se aplica un granallado que genera los esfuerzos compresivos por deformación. Para esta aplicación, esfuerzos residuales compresivos en la superficie de los muelles es importante para incrementar la resistencia a la fatiga de los materiales e incrementar su vida útil. En esta investigación una metodología alterna para generar esfuerzos residuales compresivos en la superficie de muestras de acero 5160 fue usada. Se diseñó y construyó un equipo de laboratorio para ejecutar temples siguiendo la teoría del temple intensivo. Usando agua convencional como medio de temple, enfriamientos por aspersión y en una cámara de alta velocidad se lograron efectuar en laboratorio. Se caracterizó el equipo de temple por medio de curvas de enfriamiento obtenidas en probetas sacrificio de acero inoxidable. Se obtuvieron velocidades de enfriamiento por encima de 400°C/seg en probetas de sección transversal cuadrada (20mm x 20mm). Además se ejecutaron temples cortos con incrementos de 1 segundo(1-8 seg). En algunas condiciones microestructura tipo coraza-núcleo fue observada en el Microscopio Óptico (MO) y el Microscopio Electrónico de Barrido (MEB). Difracción de Rayos-X se usó para determinar la magnitud de esfuerzos residuales en la superficie de las muestras. Muestras templadas en la cámara de alta velocidad durante 3, 4 y 5 segundos presentaron esfuerzos residuales compresivos con una magnitud de hasta casi -700MPa a una profundidad de 0.30 mm. Detalles de la investigación y resultados se presentan a continuación.

Desarrollo e implementación de modelo de predicción en procesos de temple por inducción para un acero AISI-SAE 1043

La fabricación de los componentes automotrices engloba una gran cantidad de procesos de manufactura los cuales van desde el proceso de fundición del acero, forjados, mecanizados y tratamientos térmicos, entre otros. Estos procesos se llevan a cabo con el objetivo de lograr que el componente a fabricar cumpla con lo especificado y tenga un buen desempeño en su funcionalidad. La gran mayoría de los componentes son fabricados a partir de aceros aleados, aceros al carbono de baja y media aleación los cuales son posteriormente tratados térmicamente para mejorar sus propiedades mecánicas. Uno de los tratamientos térmicos más utilizados es el temple superficial, el cual tiene como objetivo principal endurecer la superficie del componente para mejorar su resistencia a la flexión, resistencia al desgaste, resistencia al impacto, entre otras propiedades mecánicas. La inducción electromagnética, o simplemente "inducción", es un método de calentamiento de materiales eléctricamente conductores tales como metales. Como su nombre implica, el calentamiento por inducción se basa en las corrientes eléctricas que son inducidas internamente en el material a calentar, es decir, la pieza de trabajo. La experimentación realizada durante este trabajo de tesis fue dividida en 2 etapas: • Proceso de temple por inducción actual (Técnica de escaneo). • Proceso de temple por inducción propuesto (Técnica calentamiento estático). Durante la etapa de experimentación del proceso de temple por inducción actual se llevó a cabo la validación de los resultados de temperatura superficial mediante la toma de video de una cámara termografía realizando un comparativo con los resultados de la simulación de calentamiento. Posteriormente se realizó la simulación del proceso de temple y transformación de fase martensita con su respectiva validación mediante corte y evaluación metalúrgica de muestra, además de la comparación de resultados de durezas obtenidos durante el proceso de temple y los resultados obtenidos en la simulación. La segunda etapa del proceso de temple por inducción fue llevada a cabo con la colaboración del personal del laboratorio de aplicaciones de GH Induction. Durante esta etapa se realizaron 2 propuestas de diseño de bobinas y se realizaron las pruebas de simulación así como las validaciones físicas y metalúrgicas. Previo a las pruebas se realizaron cálculos teóricos para establecer los parámetros iniciales del proceso mediante las gráficas de Lozinski. Los resultados obtenidos durante las etapas de este proyecto fueron satisfactorios. En la primer etapa se logró simular en 2D el proceso actual de temple por inducción obteniendo una aproximación cercana al 90% en los resultados de temperaturas, transformación de fase y dureza. Este modelo y los resultados obtenidos fueron utilizados como parámetros de entrada para la segunda etapa. Durante la segunda etapa los resultados obtenidos durante las simulaciones mostraron que el diseño de bobinas 1 no sería efectivo al momento de calentar la zona del diámetro interno, por lo cual se descartó la fabricación de estas bobinas. La propuesta número 2, incluyó el uso de concentradores de flujo magnético, los cuales colaboran a dirigir el campo magnético en zonas específicas. Los resultados obtenidos durante la simulación 3D de la propuesta 2 fueron satisfactorios por lo cual se decidió fabricar las bobinas y llevar a cabo las pruebas físicas. Los resultados finales obtenidos de transformación de fase comparados con las pruebas físicas tiene una aproximación de 90%. En conclusión, fue posible el desarrollo de un modelo para la simulación del proceso de calentamiento por inducción para componentes automotrices con geometría compleja. Como contribución principal esta modelación validó el diseño de bobinas con las cuales se logró obtener una disminución en el tiempo ciclo del proceso del husillo de 36.4% y un ahorro en la energía consumida de 22.3% medida en la unidad de kWsegundo.

Analisi vibroacustica di un sistema di scarico per monoposto Formula SAE

Lo scopo del presente lavoro è quello di determinare una metodologia di analisi vibroacustica di validità generale applicabile a tutti i casi nei quali la forzante sia di tipo vibrazionale. Nello specifico si è analizzato il comportamento strutturale e acustico di un impianto di scarico di una monoposto Formula SAE. Ricorrendo all’analisi FEM (Finite Element Method) è possibile determinare e quantificare gli effetti dannosi causati dalle vibrazioni già nella fase di prototipazione permettendo una sostanziale riduzione dei tempi e costi. La determinazione del comportamento strutturale del modello alle vibrazioni è iniziata dall’analisi modale, grazie alla quale sono state determinate le frequenze naturali e i modi propri dell’impianto di scarico. Successivamente, l’analisi FRF (Frequency Response Function) ha permesso di conoscere la risposta del nostro sistema ad una forzante imposta mettendo in luce le diverse criticità strutturali. Con il presupposto di ottenere delle condizioni di carico che fossero il più vicine possibili alle normali condizioni operative si è impostata un’analisi PSD (Power Spectral Density). Per concludere la prima parte dell’analisi si è reso necessario indagare anche il comportamento a fatica vibrazionale, valutando in questo modo le zone soggette a vita finita e quindi le prime a cedere in fase di esercizio. La parte finale è stata dedicata all’analisi del rumore. Dall’analisi FRF si è determinata la SPL (Sound Pressure Level) ottenendo come output un valore di pressione sonora prodotto dall’effetto della propagazione delle onde di pressione generate dalla vibrazione strutturale dell’impianto di scarico. Infine, l’analisi di Transmission Loss ha permesso di valutare l’efficacia della geometria del silenziatore sulla riduzione del livello acustico generato dal transito dei gas di scarico alle diverse frequenze.

Dietary levels of lysine for male broilers from 23 to 36 days of age: performance and body composition

One thousand and fifty (1,050) Ross male broilers from 23 to 36 days of age were used to evaluate the dietary effects of levels of lysine. It was used a random block design with 5 levels of digestible lysine (0.95; 1.00; 1.05; 1.10 and 1.15%). Each level was applied to seven replicates and the experimental unit was composed of 30 birds. Diets were offered in seven replicates and the experimental unit was represented by 30 birds. Weight gain, feed intake, feed conversion, carcass traits, cut yields, composition and deposition of body nutrients were evaluated. The concentration of 1.09% of digestible lysine optimized performance without significant effects on feed intake. Carcass traits and cut yields had no significant differences among levels of lysine. On the other hand, there was a quadratic effect on carcass weight, which was the best at the level of 1.07% of digestible lysine. On crude protein content of the empty body, the best response was observed at the level of 1.10% of dietary lysine. This same level corresponded to a quadratic response in the deposition of water from carcass and empty body. The level of digestible lysine for better performance, chemical composition and body nutrient deposition in broilers from 23 to 36 days of age is between 1.07 and 1.10%.

Lisina digestível para frangos de corte machos entre 12 e 22 dias de idade

Avaliou-se nível de lisina digestível para 1050 frangos de corte dos 12 aos 22 dias de idade. O delineamento experimental foi inteiramente ao acaso, com cinco tratamentos, sete repetições e 30 aves por unidade experimental. Os tratamentos foram: 1,05; 1,10; 1,15; 1,20 e 1,25% de lisina digestível. Avaliaram-se ganho de peso, consumo de ração, conversão alimentar, composição e deposição de nutrientes corporais. Foram constatados efeitos quadráticos de lisina digestível no consumo de ração e resposta linear ascendente no peso da carcaça. Na composição química da carcaça, houve resposta quadrática do nível de lisina na concentração de proteína. As taxas de deposição proteica, deposição de água, da carcaça e do corpo total tiveram aumento linear em resposta ao acréscimo de lisina na dieta. O aumento da concentração de lisina, todavia, coincidiu com a redução da matéria mineral nas vísceras e sangue e no corpo total. Considerado o desempenho, o nível 1,1% de lisina digestível atendeu às necessidades do frango de corte entre o 12º e o 22º dia de idade. Consideradas a composição química e as taxas de deposição dos nutrientes corporais, a demanda pelo aminoácido digestível torna-se igual ou maior que 1,25%