Applicazioni Industriali Magnetoreologiche: Progetto, Modellazione e Caratterizzazione

La seguente tesi studia i fluidi magnetoreologici (MRF) e le loro applicazioni ingegneristiche spaziando dalla progettazione di dispositivi di caratterizzazione, fino alla progettazione e sviluppo di un caso specifico di sistema automotive. I fluidi magnetoreologici sono un materiale “intelligente” perché sono in grado di modificare alcune delle loro proprietà in maniera controllabile. Dal punto di vista fisico, sono una soluzione a base oleosa con disperse all’interno delle particelle magnetizzabili. Grazie alla loro composizione, a fronte di una applicazione di un campo magnetico, i MRF reagiscono con un innalzamento della loro viscosità apparente, fino a diventare dei solidi. La tensione di snervamento del materiale allo stato solido è tanto più elevata quanto è elevato il campo magnetico applicato. La tesi è strutturata e divisa in tre macro argomenti riguardanti i fluidi MR: la progettazione di dispositivi ad-hoc per studiarne le proprietà, la loro caratterizzazione da un punto di vista puramente reologico e la relativa modellazione e infine l’analisi degli elementi chiave e la progettazione ottimale di un dispositivo MR di carattere industriale. Nella prima parte si mostra la progettazione di uno smorzatore a fluido MR con una architettura innovativa, che permette la valutazione del comportamento dei fluidi a fronte di una pressione idrostatica regolabile. L’obiettivo principale di questa attività è l’analisi dell’influenza di una pressione idrostatica sulla risposta del dispositivo in termini di smorzamento, durante la fase di attivazione del fluido. Nella seconda parte, si descrivono dei risultati inerenti ad una caratterizzazione puramente reologica di questi materiali. In particolare verrà analizzata l’influenza dello spessore del meato, all’interno del quale viene confinato il fluido, sulle prestazioni in termini di momento torcente trasmissibile. Per questi test è stato utilizzato un magnetoreometro custom realizzato dal Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell’Università del Maryland e sono stati realizzati presso la stessa università dall’autore della tesi durante un periodo di ricerca presso i loro laboratori. Nella terza ed ultima parte invece, si riporta la progettazione e lo sviluppo di una valvola magnetoreologica di blocco/regolazione della pressione da utilizzare all’interno di un circuito freni di una automobile. Verranno presentati, in modo principalmente analitico, come i vari parametri costruttivi/geometrici, magnetici e di composizione del fluido, influiscono sul comportamento finale della valvola. In particolar modo, verrà approfondito l’aspetto della risposta dinamica della valvola durante la fase di non attivazione. Tale progetto è stato reso possibile da una collaborazione fra il gruppo di costruzione di macchine MDG del Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria con Brembo S.p.A..