Modellazione numerica di boccole elastomeriche per simulazioni multibody: riproduzione delle risonanze interne

This study explores the modeling of a rubber bushing for automotive application, specifically as a support for electric motor mounting, and focuses on its high frequency behavior characteristic, typical of modern electric powertrains. The primary objective is to develop a numerical model capable of faithfully reproducing the component’s experimental response, with particular attention to the high frequency resonance peak, aiming to integrate this model into a multibody environment for more complex simulations. The adopted methodology first involves analyzing the experimental frequency response data to identify the nature of the resonant phenomenon. Subsequently, an imposed displacement analytical model was developed in wxMaxima, aimed at providing an initial estimate of the dynamic properties. In parallel, a three dimensional finite element model was created, and subjected to modal analysis and frequency response simulation, in order to compare its behavior with the experimental data and the analytical model. Finally, a mass–spring–damper model was developed in MATLAB, and calibrated to reproduce the component’s high frequency behavior while still maintaining fidelity to its low frequency response. The results from the different approaches are then compared. What emerges is that the observed resonance is intrinsic to the component, and it’s generated by the presence of an internal mass that strongly influences the dynamic response. Contrary to the models found in the literature, it proved necessary to explicitly include this internal mass in order to accurately capture the resonance peak. The mass–spring–damper model thus enabled effective representation of this phenomenon. Therefore, the work has led to the correct reproduction of the high frequency resonant behavior; by integrating this model with additional viscoelastic elements, it is possible to achieve full agreement with the experimental data across the entire frequency range, thus paving the way for effective integration with multibody models.

Il presente lavoro affronta la modellazione di una boccola in gomma destinata all’applicazione automobilistica, più precisamente al supporto per il montaggio di un motore elettrico, concentrandosi sul suo comportamento alle alte frequenze, tipiche dei moderni propulsori elettrici. L’obiettivo principale consiste nello sviluppo di un modello numerico in grado di riprodurre fedelmente la risposta sperimentale del componente, con particolare attenzione al picco di risonanza rilevato ad alta frequenza, con l’obiettivo di integrare tale modello in uno schema multibody per simulazioni più complesse. La metodologia adottata prevede, in primo luogo, l’analisi dei dati sperimentali di risposta in frequenza per identificare la natura del fenomeno risonante. Successivamente, è stato elaborato un modello analitico a spostamenti imposti in wxMaxima, volto a fornire una prima stima delle proprietà dinamiche. Parallelamente, è stato creato un modello tridimensionale agli Elementi Finiti, sottoposto ad analisi modale e a simulazione della sua risposta in frequenza, al fine di confrontarne il comportamento con i dati sperimentali e con il modello analitico. Infine, è stato sviluppato in MATLAB un modello massa-molla-smorzatore, calibrato per riprodurre il comportamento del componente ad alta frequenza, pur mantenendo fedele la risposta alle basse frequenze. Vengono infine confrontati i risultati tra i diversi approcci. Quello che emerge è che la risonanza osservata è intrinseca al componente, generata dalla presenza di una massa interna che condiziona fortemente la risposta dinamica. Contrariamente ai modelli presenti in letteratura, si è resa necessaria l’esigenza di includere esplicitamente questa massa interna per cogliere con precisione il picco risonante. Il modello massa-molla-smorzatore ha quindi consentito di rappresentare efficacemente tale fenomeno. Pertanto, il lavoro ha portato alla corretta riproduzione del comportamento risonante alle alte frequenze; tramite l’integrazione di tale modello con ulteriori elementi viscoelastici, è possibile ottenere una corrispondenza totale con i dati sperimentali su tutto il range di frequenze, aprendo così la strada ad un’integrazione efficace con modelli multibody.