Simulazione
VIA IL RUMORE

Setup per la misurazione del rumore di vetture in transito.

Renault utilizza il software Actran di FFT, business unit specializzata in acustica di MSC Software, per ridurre il rumore dei veicoli in transito. La collaborazione in essere tra le due imprese genera risultati positivi fin dalla fase di design delle vetture.

di Giovanni Luce

Il campo dell’acustica si trova a dover affrontare delle sfide costanti in termini di riduzione del rumore. Negli ultimi anni, diverse iniziative globali tendenti a ridurre il rumore del traffico e a migliorare il comfort all’interno delle vetture hanno messo gli ingegneri davanti a stringenti regolamentazioni governative che cercano di migliorare l’esperienza del passeggero. Uno di questi requisiti riguarda le procedure per misurare il rumore di pass-by. Il livello massimo consentito dalla normativa è stato notevolmente ridotto, rappresentando una nuova costrizione nel design dei veicoli commerciali.

Le contromisure per ridurre il rumore consistono nel moderare le diverse fonti acustiche incidendo sui meccanismi che provocano il rumore, oppure gestendo la propagazione dello stesso. L’aggiunta di materiali fonoassorbenti o la modifica della geometria delle parti del veicolo sono alcune delle soluzioni sulle quali gli ingegneri lavorano senza sosta.

Il team Renault (www.renault.it) ha anticipato l’evoluzione delle regolazioni relative al rumore di pass-by progettando la propria gamma di veicoli in modo di sottostare alle future normative. Il team ha quindi deciso di espandere le proprie capacità di simulazione acustica e di modellare la propagazione acustica all’esterno del veicolo utilizzando Actran, il software di FFT, la business unit di acustica di MSC Software (www.mscsoftware.com/it).

Grazie ad Actran, Renault riesce a migliorare i propri disegni, nonché a ridurre i costi di sviluppo, considerando l’acustica del veicolo fin dalle prime fasi nel design della vettura.

 

Modello Actran per la valutazione numerica dell’emissione sonora in transito.

LA SFIDA

Come numerosi altri professionisti dell’industria automotive, Philippe Mordillat e Cècile Dutrion conoscono le sfide che sottostanno al problema di rumore, vibrazione e durezza. “Cambiamenti nei livelli di emissione e nel modo in cui le normative devono essere seguite sono già stati apportati”, sostiene Philippe Mordillat, NVH CAE Expert del Methodology Development Department di Renault. “Il livello massimo di rumore che possiamo raggiungere diventerà però via via più severo. Nel 2020 assisteremo a un primo significativo passo relativo alla riduzione del livello di rumore e, per il 2024, prevediamo un secondo ulteriore importante step!”.

Al fine di mantenere i limiti consentiti dalle normative, occorre attivare delle azioni fin dalle prime fasi del design dell’autovettura. “È necessario preservare qualche spazio nel packaging dell’auto, per garantire che i materiali fonoassorbenti rientrino nelle caratteristiche di design”, sostiene Mordillat. “Se non ne tenessimo conto durante le prime fasi, non sarebbe possibile rimanere entro il perimetro tracciato dalla normativa”.

A tale riguardo, la simulazione venne identificata come una possibile soluzione da esplorare dal team di Philippe Mordillat: l’obiettivo era quello di sviluppare un approccio CAE, allo scopo di simulare le richieste della normativa. “Cercavamo di sviluppare un approccio generico che fosse valido per qualsiasi tipo di veicolo. Necessitavamo di un metodo predittivo sia per le fonti acustiche sia per le funzioni di trasferimento tra le sorgenti e i microfoni prescritti dalla normativa”, spiega Mordillat. “Avevamo predeterminato un benchmark prima d’iniziare a indagare su questo tipo di simulazione. Alla luce della valutazione effettuata, la scelta è ricaduta sul software Actran in quanto presentava tutte le capacità che ci servivano per ‘comporre’ la nostra simulazione”.

PROBLEMI ACUSTICI? ECCO ACTRAN

Actran è un software ideato per risolvere problemi acustici, vibroacustici e aeroacustici, in quanto aiuta a comprendere e migliorare la performance acustica dei prodotti. Grazie alla sua natura modulare, Actran può essere impiegato in modi diversi, a seconda delle applicazioni in uso e dei requisiti del progetto.

Actran Acoustics è il modulo di base della famiglia Actran, che include alcune funzionalità che consentono l’analisi dell’irraggiamento del suono e della propagazione del suono in canaline e condotti d’aspirazione e scarico o nei sistemi di distribuzione di edifici, aerei e automobili. Non solo, il modulo consente l’utilizzo delle vibrazioni risultanti dall’analisi strutturale per effettuare analisi d’irraggiamento. Il tutto rende Actran una soluzione ampiamente diffusa nei settori industriali automobilistico, aerospaziale, della difesa e dei prodotti di consumo.

Radiazione acustica del rumore proveniente dalle gomme a 5.000 Hz.

LA SOLUZIONE

Anche con un’esperienza ventennale in simulazione numerica, di fronte a un progetto così ambizioso Philippe Mordillat prospettava un periodo critico: “pensavamo di aver raggiunto un limite nella gestione del problema sia in termini di dimensioni che di frequenza. Finalmente, grazie alle nuove capacità di Actran e HPC, siamo stati in grado di raggiungere il nostro traguardo. Uno dei punti di forza che abbiamo scoperto è la velocità dei tempi di risposta, a seguito di una richiesta di sviluppo”.

“Abbiamo considerato le fonti di rumore provenienti dal motore, dalle gomme al contatto con la strada e dall’air intake”, aggiunge Cècile Dutrion, NVH Numerical Method Engineer nel team di Philippe Mordillat, sottolineando i particolari del modello Actran. “Abbiamo quindi calcolato le funzioni di trasferimento tra la fonte e i microfoni prescritti dalla normativa. Inoltre, le fonti sono state valutate anche grazie ad altri calcoli e misurazioni. Questo procedimento ci ha concesso una grande flessibilità, al fine di testare diverse combinazioni di sorgenti e le relative funzioni di trasferimento”.

Nell’ottica di un progetto che aveva ed ha per obiettivo quello di sviluppare un approccio generico valido per qualsiasi tipo di veicolo, l’aspetto computazionale assumeva un’estrema importanza. “La capacità di generare automaticamente mesch acustiche via via più raffinate, con l’aumento della frequenza, si è rivelata una feature estremamente utile”, sostiene Dutrion.

“Grazie ad Actran abbiamo potuto ridurre di 5/7 volte il tempo di calcolo per il rumore irradiato”, sottolinea Mordillat. “Inizialmente, i nostri calcoli arrivavano a un massimo di 2.000 Hz, e pensavamo che arrivare a 5.000 Hz era solo un sogno, ma alla fine ci siamo riusciti”.

I RISULTATI

Nello studiare le emissioni sonore per la valutazione del rumore di pass-by, è essenziale assicurarsi che la simulazione numerica sia precisa. Il livello di rumore assoluto, registrato durante i test, determina se il veicolo supererà i test acustici o se invece verrà respinto. “Abbiamo eseguito delle misurazioni da un test fisico disponibile all’inizio del processo di validazione”, spiega ancora Mordillat.

“A inizio progetto eravamo alquanto lontani, avevamo bisogno di analizzare i risultati e di capire le criticità che presentavano i nostri modelli. Ora siamo molto soddisfatti dei risultati: siamo riusciti a migliorare la precisione in tempi rapidi”, afferma Mordillat.

In seguito al successo di questa prima fase di validazione, la metodologia viene quotidianamente utilizzata dagli ingegneri Renault per ottimizzare la definizione tecnica del veicolo e assicurarsi che i materiali fonoassorbenti siano piazzati dove necessario.

“Paragonato al target iniziale, abbiamo raggiunto delle performance più elevate. Siamo partiti per sfiorare il problema acustico esterno e i risultati che abbiamo raggiunto in alcuni pochi anni di questo progetto sono veramente impressionanti”, conclude Mordillat. ©tecnelab

I contenuti per realizzare questo articolo sono stati gentilmente forniti da FFT e sono disponibili sul sito www.mscsoftware.com/actran. Un grazie particolare a Marcela Luque, Marketing Coordinator Italy di MSC Software per la collaborazione.

Radiazione acustica del motore.



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