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  1. #1
    Passante simnast's Avatar
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    Biella Alluminio

    Salve ragazzi,
    sono nuovo di questo forum, ma vorrei comunque esplicitare una mia idea e mostrarvi qualche analisi che ho realizzato. L'argomento in questione è la biella. Tempo fa visitando qualche sito per l'approvvigionamento di materiali mi sono imbattuto in un'azienda di produzione materiali leader del settore. Il fiore all'occhiello di quest'azienda è la produzione di una lega di alluminio con prestazioni "quasi" identiche a quelle dell'acciaio; vi ho allegato la scheda tecnica di questo materiali... notiamo come il carico di snervamento si agiri sui 650 MPa e una deformazione % di circa 5, vi sono anche riportati il range della temperatura di fusione, coefficente di dilatazione termica, calore specifico, modulo elastico e anche la sua densità che è circa 2,85 kg\dm^3. Bisogna anche ricordare che questa lega di alluminio ha ottime proprietà contro la corrosione, e se si volesse potrebbe essere ulteriormente trattata per accentuare ancor di più questa proprietà. Cosi mi è venuta in mente un idea? Perchè non utilizzare questo materiali per costruire una biella da kart? Il primo problema che mi è venuto in mente è stato quello che avendo una durezza superficiale di circa 160 Brinell sia la testa che il piede della biella dovrebbero essere imboccolati con delle boccole di acciaio, per ovvi motivi che non sto qui a scrivere ma credo che siano chiari a tutti. Cosi dopo aver realizzato il modello e averlo analizzato tramite un software FEM ho ricavato questi risultati che vi allego

    F(y) traz = 78 MPa
    F(y) compr = 139 MPa

    Tensione di Von Mises = 171 MPa

    Deformazione lungo y = 96 micronmetri
    Deformazione lungo x = -10 / 10 micronmetri

    Possiamo, dunque, affermare che il nostro componente, cioè la biella, si trovi ampiamente ancora in campo elastico.
    Vi allego inoltre le immagine riportanti i risultati dell'analisi, con pure un particolare sulle zone più sollecitate.
    Adesso andiamo a calcolarci il peso totale della biella:

    Volume delle stello è di 12813,75 mm^3
    Volume della boccola di acciaio della testa è di 2003,94 mm^3
    Volume della boccola di acciaio del piede è di 2463,1 mm^3

    Ricordando che la densità di questa lega di alluminio è 2,85 Kg/dm^3 e la densità dell'acciaio è di 7,8 Kg/m^3 possiamo calcolarci la sua massa:

    Massa dello stelo è 36,52 g
    Massa della boccola di acciaio della testa è di 15,73 g
    Massa ella boccola di acciaio del piede è di 19,33 g

    Quindi la massa complessiva della biella è di 71,6 g. Questo comporterà che dovremo rivedere tutta la bilanciatura dell'albero motore, ma questo è un altro discorso.
    Bisogna ricordare che per questa analisi ho utilizzato un profilo della biella che è quello originale Tm, in quanto mi interessava effettuare un'analisi strutturale della biella, ma se mai dovesse essere realizzata utilizzere un altro profilo cosi anche da incrementere la fluidodinamicità stessa della biella.
    Ancora, però, c'è una questione di fondamentale importanza che devo affrontare, cioè la vita a fatica di questa biella. Per quanto riguarda questo argomento farò i dovuti calcoli a giorni. Nel frattempo fatemi sapere cosa ne pensate

    Un saluto a tutti!
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  2. Thanks Fred, Turbyna, Gilgilles, Andrea72 thanked for this post
  3. #2
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  4. #3
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    Salve ragazzi, ho fatto i conti per calcolare la vita a fatica dei questa biella ecco tutto:
    dobbiamo considerare che la biella è un componente stressato da fatica ad alto numero di cicli, come sollecitazione ciclica possiamo schematizzarla come onda sinusoidale. Dopo aver fatto un'altra analisi, tenendo conto che la biella per metà ciclo viene stressata per compressione, gia questa analisi ho pubblicato prima i risultati, e metà per trazione; la tensione massima per trazione è venuta 137 MPa. Quindi ora possiamo calcolarci la sollecitazione media :

    σ media =( σ max + σ min ) / 2 = - 1 MPa

    Ma quello che ci importa di più è l'ampiezza della sollecitazione dell'onda sinusoidale che sarà :

    σ a = ( σ max - σ min ) / 2 = 138 MPa

    Ricordiamo comunque che i dati di fatica sono generalmente riportati per uno specifico valore di R che viene :

    R = σ min / σ max ≈ -1

    Questo significa che la sollecitazione media è zero. LA progettazione per opporsi alla fatica a elevati cicli è assai simie alla progettazione condizionata dalla resistenza, ma con sollecitazioni massime limitate dal limite a fatica σe, che per una lega di alluminio è circa 115 MPa.
    Possiamo calcolarci il numero di cicli che può sopportare questa biella tramite la legge di Basquin:

    ∆σ Nf ^b = C1

    dove ∆σ è la sollecitazione media, Nf è il numero di cicli che può sopportare e C1 e b sono costanti del materiali. Ricordiamo che ∆σ vale 1, l'abbiamo considerato in valore assoluto, C1 per l'alluminio vale 4,2 e b vale 0,11 possimo dunque calcolarci Nf cosi:

    Nf = rad b-esima ( C1 / ∆σ ) = 1,7 * 10^6

    Considerando che un motore gira al massimo più o meno a 14500 giri al minuto, e considerando per ogni giro un ciclo, il motore potrebbe girare a questo regime per circa 100 minuti. Sembra poco ma non è cosi perchè un motore nn gira costantemente a 14500 giri. Concludendo si può dire che il componente si comporta discretamente per quanto riguarda la fatica. Ma dobbiamo comunque ricordare che questi sono componenti da competizione perciò la loro vita è limitata. Attendo vostri pareri

  5. #4
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    bisogna progettarla per molti piu n giro/min

  6. #5
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    Non so quale alluminio hai considerato, ma sicuramente è una lega. Potresti provare ad utilizzare la curva del Wohler, è piu semplice. Ti servirebbe il limite di vita infinita e quello a rottura. Però ecco, prima di tutto devi conoscere con esattezza il materiale, perche anche un trattamento termico potrebbe variare drasticamente i valori (per esempio l'ergal esiste in diverse varianti, dette T1,T2 ecc...). Poi una cosa: che forza hai considerato nell'analisi FEM?

  7. #6
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    x Dyno86 In realtà teoricamente resiste per 100 minuti considerando precisamente 17000 giri/minuti costanti, e credo che questo sia il giusto numero di giri per progettarla...

    x Gauss quello che ho fatto è semplicemente un calcolo teorico, per avere un idea vaga della vita di una biella simili, infatti per avere un idea precisa dovrei inoltre fare analizzare il pezzo di partenza cn cui verra realizzata la biella per escludere che abbia microcricche interne, fatto che abbasserebbe drasticamente la sua vita. Per quanto riguarda la forza del Fem, mi sono dimentacato di scriverla, cmq ho considerato 7500 Nw un valore che ho trovato tabellato.

  8. #7
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    Io le bielle in alluminio o lege di alluminio le ho viste in motori agricoli diesel monocilindrici monati su motozappe, falciatrici, ecc..... se non ricordo male la marca era Acme o lombardini( non ricordo con esattezza). Costruite con la stessa dimenzione di quelle normalmente usate ma molto più leggere. Però sono motori progettati per girare al max a 1500rpm

    quindi penso che se ben progettate possano funzionare bene. ovviamente negli occhi di biella c'è bisogno di boccole d'acciaio o cose del genere
    Nel dubbio...........................
    ...........ACCELLERO!............

  9. #8
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    Quote Originally Posted by Gauss View Post
    Non so quale alluminio hai considerato, ma sicuramente è una lega. Potresti provare ad utilizzare la curva del Wohler, è piu semplice. Ti servirebbe il limite di vita infinita e quello a rottura. Però ecco, prima di tutto devi conoscere con esattezza il materiale, perche anche un trattamento termico potrebbe variare drasticamente i valori (per esempio l'ergal esiste in diverse varianti, dette T1,T2 ecc...). Poi una cosa: che forza hai considerato nell'analisi FEM?
    L'allumino è il 7068
    nel dubbio accellero


  10. #9
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    Quote Originally Posted by simnast View Post
    x Dyno86 In realtà teoricamente resiste per 100 minuti considerando precisamente 17000 giri/minuti costanti, e credo che questo sia il giusto numero di giri per progettarla...

    x Gauss quello che ho fatto è semplicemente un calcolo teorico, per avere un idea vaga della vita di una biella simili, infatti per avere un idea precisa dovrei inoltre fare analizzare il pezzo di partenza cn cui verra realizzata la biella per escludere che abbia microcricche interne, fatto che abbasserebbe drasticamente la sua vita. Per quanto riguarda la forza del Fem, mi sono dimentacato di scriverla, cmq ho considerato 7500 Nw un valore che ho trovato tabellato.
    mi sfugge cosa sono 7500 Nw? è un errore di battitura e son Newton? cmq la forza la ottieni andando a valutare la massima pressione che si raggiunge nel pistone per l'area dello stesso e sicuramente non è simmetrica perchè se lo fosse il motore avrebbe potenza nulla! se l'energia dissipata in pompaggio è pari a quella fornita dallo scoppio avresti una sollecitazione simmetrica e una potenza utile nulla. secondo me devi rivedere questi due punti. inoltre hai tenuto conto dell'inerzia della biella e di tutte le componenti in movimento? pistone gabbiette asse ecc?

  11. #10
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    Non è sbagliato considerare le inerzie, ma credo che siano trascurabili date le altre forze in gioco (è si vero che ci sono accelerazioni altissime, ma le masse sono molto basse). Per quanto riguarda la forza avresti bisogno perlomeno della pressione media indicata e, come ti è stato detto, moltiplicarla per l'area del cielo del pistone. E poi in cosa sono indicati gli spostamenti lungo Y che hai mostrato? Ad occhio sembrano centesimi.

 

 

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