Analisi numerica e sperimentale di un nodo di guarnizione estruso in materiale elastomerico per autovettura Ferrari

The thesis is carried out in collaboration with Ferrari for the acquisition of information on the compressive forces exerted on the seals in the area of the door relevant for future projects. A fundamental element in the closing systems of car doors are the gaskets: they allow isolation of the cockpit from atmospheric agents and noise to ensure the correct comfort to passengers. The focus is mainly on the top node of the seal, compressed by the complete closure of the car window and locked to the chassis; compression tests are carried out on the physical component that will then be related, through FE software, with the corresponding simulations. The seal node is made of different elastomeric materials depending on whether its use is for the vehicle production or prototype making: the first is made of EPDM, while the second in polyurethane. After a detailed explanation of the examined elastomers, reporting the specific characteristics, and the different hyperelastic models used to derive the constants that will be included in the FEM model, the following step is running the tests on both configurations of node. During the cutting of the component to isolate it from the rest of the gasket the presence of an imperfection emerges; it is a residue of the injection moulding process to make the node, not considered in the three-dimensional models supplied by Ferrari. After the compression tests using a specific machine, FEM analyses are carried out with the same configurations. All the process of creating the model and the settings is reported to obtain the force-displacement graphs that will be compared with the experimental tests. The analysis consider different configurations of the seal node both in terms of materials and geometry: the component is studied with and without the imperfection and with different constitutions, defining prototype or production component, in simple compressions; then the simulations are extended to the use conditions, with specific movement of the car window. Finally, the force and strain data collected from tests and simulations are correlated to assume similarities or any differences between the various configurations.

Il trattato di tesi è svolto in collaborazione con Ferrari per l'acquisizioni di informazioni relative alle forze di compressione esercitate sule guarnizioni nella zona della portiera applicabili a progetti futuri. Un elemento fondamentale nei sistemi di chiusura delle portiere di autoveicoli sono le guarnizioni: esse permettono di isolare l'abitacolo da agenti atmosferici e rumore per garantire il corretto comfort ai passeggeri. L'attenzione è principalmente rivolta al nodo superiore della guarnizione, compresso dalla chiusura completa del cristallo e fissato alla scocca; vengono svolti test di compressione sul componente fisico che saranno poi correlati, attraverso software agli elementi finiti, con le simulazioni corrispondenti. Il nodo è costituito da materiali elastomerici differenti a seconda che il suo impiego sia per il veicolo serie o prototipo: il primo è realizzato in EPDM, mentre il secondo in poliuretano. Dopo una spiegazione dettagliata degli elastomeri presi in esame, riportando le caratteristiche specifiche, e i differenti modelli iperelastici utilizzati per ricavare le costanti da inserire nel modello FEM, si procede con lo svolgimento dei test su nodo serie e proto. Durante il taglio del componente per isolarlo dal resto della guarnizione emerge al suo interno la presenza di una bava, residuo del processo di produzione tramite stampaggio ad iniezione, non presente nei modelli tridimensionali forniti da Ferrari. Dopo aver svolto i test di compressioni attraverso l'utilizzo di un macchinario specifico, vengono condotte le analisi FEM con le stesse configurazioni. Tutto il processo di creazione del modello e le impostazioni è riportato per poi ricavare i grafici forza-spostamento da correlare poi con le prove sperimentali. Le analisi considerano diverse configurazioni del nodo sia in termini di materiali che di geometria: il componente viene studiato al netto della presenza o meno della bava e della costituzione, quindi proto o serie, in compressioni semplici; successivamente le simulazioni sono estese alle condizioni di utilizzo, con movimento specifico del cristallo. Infine, i dati di forza e deformazione raccolti da test e simulazioni vengono correlati per dedurre somiglianze o eventuali differenze tra le varie configurazioni.