LO SVILUPPO DELLA CARROZZERIA IN FIBRA DI CARBONIO DELL'ALFA ROMEO 8C COMPETIZIONE D. FONDACARO - ELASIS

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1 LO SVILUPPO DELLA CARROZZERIA IN FIBRA DI CARBONIO DELL'ALFA ROMEO 8C COMPETIZIONE D. FONDACARO - ELASIS Lecce, 26 giugno 2008

2 AGENDA CONTESTO SPECIFICHE DI PROGETTO LOCATION DI PROGETTO E PRODUZIONE MATERIALI E ARCHITETTURA PROGETTAZIONE CON LE FIBRE DI CARBONIO CONCLUSIONI, SVILUPPI FUTURI 2

3 CONTESTO: ELASIS S.C.p.A. Elasis S.C.p.A., nata nel 1988 su iniziativa del Gruppo Fiat, è ora un centro di ricerca ad elevata specializzazione nel settore dell innovazione tecnologica, dello sviluppo di veicoli, della mobilità, del suo impatto sull ambiente e della sicurezza stradale, con circa 800 ricercatori e tecnici. Le attività vengono svolte principalmente per i consorziati: in particolare, nell ambito dell automotive engineering, l Elasis S.C.p.A. ha ormai assunto un ruolo di rilievo nello sviluppo di vetture del Gruppo Fiat. La competenza del Centro di Pomigliano d Arco è legata principalmente all esperienza maturata attraverso le suddette attività di sviluppo ed i numerosi progetti di ricerca sviluppati, relativi ad architetture/materiali innovativi, metodologie di progettazione/sperimentazione, sviluppo motopropulsori, sviluppo sistemi elettronici di controllo, simulazione e sviluppo prestazioni di sicurezza, comfort acustico/vibrazionale, aerodinamica, etc. Le suddette attività hanno coinvolto anche la PMI (fornitori di componentistica e di engineering), con la crescita di un indotto di rilievo nel settore dell engineering, e le Università, dando origine ai due consorzi Prode (con l Università Federico II di Napoli) e Scire (con l Università di Roma Tor Vergata), per lo sviluppo di tematiche di interesse comune nei campi delle metodologie di progettazione e della fluidodinamica computazionale. 3

4 CONTESTO: RUOLO DELLA VETTURA Flagship di Marca per sostenere la crescita verso il mondo premium ed elitario Segno tangibile della strategia del Polo sportivo Vetrina tecnologica e di stile che servirà ad alimentare la futura gamma Alfa Romeo: nuovi stilemi, tecnologie per la riduzione del peso, ecc. Richiamare l attenzione dei collezionisti di tutto il mondo che devono essere autorevoli testimoni di un nuovo corso del Marchio Elemento di comunicazione e lifestyle 4

5 CONTESTO: SCENARIO STORICO ALFA SZ/RZ ( ) 2959cc 207 CV 6 cilindri a V 998 esemplari prodotti Concorrenti dell epoca: - Renault Alpine 2800 cc 200 CV 6 cilindri a V - BMW Z cc 170CV 6 cilindri in linea - Chevrolet Corvette 5733 cc 243 CV 8 cilindri a V - Ferrari 328 GTB/GTS 3186 cc 270 CV 8 cilindri a V - Lotus Esprit 2174 cc 174 CV 4 cilindri in linea - Nissan 300 ZX 2960 cc 225 CV 6 cilindri a V - Porsche cc 165 CV 4 cilindri in linea - Porsche cc 231 CV 6 cilindri boxer Montreal ( ) 2593 cc, 197 CV, 8 cilindri a V 3925 esemplari prodotti Concorrenti dell epoca: - BMW 2000/2800 CS 1990/2800 cc 120/170 CV 4/6 cilindri linea - Chevrolet Camaro 4093 cc 157 CV cilindri in linea - Datsun Z 2393 cc 150 CV 6 cilindri in linea - Dino Ferrari 2418cc 195 CV 6 cilindri in linea - Fiat Dino coupè 2418cc 180 CV 6 cilindri in linea - Mercedes 280 SL 2778 cc 170 CV 6 cilindri in linea - Porsche 911 S 2195cc 180 CV 6 cilindri boxer 5

6 CONTESTO: SCENARIO STORICO ALFA 33/2 Stradale ( ) cc, CV, 8 cilindri a V 18 esemplari prodotti Concorrenti dell epoca: - Aston Martin DB cc 286 CV 6 cilindri in linea - Bizzarrini GT 1897 cc 110 CV 4 cilindri in linea - Dino Ferrari 2418cc 195 CV 6 cilindri in linea - Chevrolet Corvette 5351 cc 305 CV 8 cilindri a V - Ferrari 275 GTB/ cc 300 CV 12 cilindri a V - Ford GT 4728 cc 385 CV 8 cilindri a V - Lamborghini Miura 3929 cc 350 CV 12 cilindri a V - Porsche Carrera cc 210 CV 6 cilindri boxer Giulia Sprint GTA ( ) 1600cc, 115 CV, 4 cilindri in linea 500 esemplari prodotti Concorrenti dell epoca: - BMW LS coupè 1573 cc 84 CV 4 cilindri in linea - Fiat 1600 coupè 1568 cc 100 CV 4 cilindri in linea - Lancia Flavia Sport 1800cc 92 CV 4 cilindri boxer - Lancia Fulvia HF 1300/1600 cc Giulia TZ1 ( ) 1570 cc 113 CV 4 cilindri In linea Giulia TZ2 ( ) 1570 cc 170 CV 4 cilindri in linea 117 esemplari prodotti Concorrenti dell epoca: - Fiat 1500 GT Ghia 1481cc 84 CV 4 cilindri in linea - Lotus Elite 1216cc 81 CV 4 cilindri linea - Lotus Elan 6

7 CONTESTO: BASKET DI RIFERIMENTO DELLA CONCORRENZA Serie Limitate Sport Car di Riferimento VOLUMI (Picco) PREZZI (k ) POTENZA (HP) PESO (ODM) PESO / POTENZA CARATTERISTICHE PRODOTTO Ford GT Concept Telaio in Alluminio Motore Centrale 8C 500 Circa Concept Feeling di guida Body con carbonio Transaxle Cambio F1 GALLARDO V10 4WD Motore Centrale Body in Alluminio AMV Telaio in Lega Leggera. Alluminio e Magnesio DB V12 Body in lega leggera Telaio in lega leggera Transaxle F Telaio space Frame in lega leggera Body in alluminio Motore centrale E-Diff, cambio F1 Viper V10 M.Gransport Transaxle 7

8 H 100 SPECIFICHE DI PROGETTO: DIMENSIONI ESTERNE L 104 L 101 L 105 L 103 W101 W103 W102 L101 L103 L104 L105 H100 W103 W101 W Elasis (2004) Cas 6 del 06/06/ Ferrari F Ferrari 599 GTB Maserati M139AD (2004) , Alfa Brera Chevrolet Corvette (2005) Dodge Viper Porsche 911 ( )

9 SPECIFICHE DI PROGETTO: PRINCIPALI DRIVERS PESO CONTENUTO OTTIMIZZAZIONE DEL BARICENTRO DELLA VETTURA ELEVATA RIGIDEZZA TORSIONALE STILE: RISPETTO DEL CONCEPT ORIGINARIO PIANALE DERIVATO DA PIATTAFORMA COMUNE 9

10 SPECIFICHE DI PROGETTO DERIVAZIONE PIANALE DA PIATTAFORMA COMUNE CARRY OVER MODIFICATO NUOVO 10

11 LOCATION DI PROGETTO E PRODUZIONE ARESE (MI) TORINO MODENA COLONNELLA (TE) POMIGLIANO (NA) 11

12 MATERIALI E ARCHITETTURA CARATTERISTICHE ACCIAI IMPIEGATI PER IL PIANALE Yield Strenght [MPa] >

13 MATERIALI E ARCHITETTURA COME MINIMIZZARE IL PESO CON UN PIANALE IN ACCIAIO? LA SCOCCA DOVRA AVERE UNA STRUTTURA MULTI- MATERIALE IBRIDA OPZIONI ANALIZZATE PER LA CARROZZERIA A. ALLUMINIO B. TRALICCIO IN ACCIAIO PANNELLI IN FIBRA DI CARBONIO C. STRUTTURA IN FIBRA DI CARBONIO WEIGHT % +68% +96% REF A B C 13

14 MATERIALI E ARCHITETTURA COME PROGETTARE UNA SCOCCA CON UN PIANALE IN ACCIAIO ED UNA CARROZZERIA IN FIBRA DI CARBONIO? ASSENZA DI BENCHMARKING DISPONIBILI SCELTA DELLA MACRO-SCOMPOSIZIONE E DELLA TIPOLOGIA DI GIUNZIONE OTTIMIZZAZIONE PESO E PRESTAZIONI STRUTTURALI VINCOLI DI STILE FATTIBILITA TECNOLOGICA GESTIONE DELLE TOLLERANZE OPZIONI ANALIZZATE A. MACRO-SCOMPOSIZIONE TRADIZIONALE B. MACRO-SCOMPOSIZIONE VERTICALE 14

15 MATERIALI E ARCHITETTURA SUPERFICIE ESTERNA RICAVATA DA UN UNICO STAMPO, PER EVITARE TAGLI, COME RICHIESTO DALLO STILE 15

16 MATERIALI E ARCHITETTURA PER OTTIMIZZARE LE SINERGIE CON LA PIATTAFORMA COMUNE, SI E SCELTO DI REALIZZARE DELLE GIUNZIONI VERTICALI, IN CORRISPONDENZA DELLA LINEA DI CINTURA GIUNZIONI STRUTTURALI PRIMARIE SU MONTANTI A E B, MEDIANTE COLLEGAMENTI FILETTATI ED INCOLLAGGIO LONGHERONI IN ACCIAIO SPECIFICI 16

17 MATERIALI E ARCHITETTURA RISOLUZIONE DELLE CRITICITA DI ACCOPPIAMENTO FRA PIANALE E CARROZZERIA, RELATIVE ALLA REGISTRAZIONE VERTICALE LE FLANGE ALLA BASE DELL UPPERBODY SONO DIMENSIONATE IN MODO DA RECUPERARE EVENTUALI DISALLINEAMENTI IN CAMPO ELASTICO LE FLANGE DI CHIUSURA DEL PIANALE SONO GLI ULTIMI COMPONENTI SALDATI AL PIANALE STESSO, PER MINIMIZZARE L ERRORE GEOMETRICO 17

18 MATERIALI E ARCHITETTURA: LINEE DI CARICO URTO FRONTALE URTO LATERALE URTO POSTERIORE 18

19 MATERIALI E ARCHITETTURA PORTE STRUTTURA INTEGRALE IN FIBRA DI CARBONIO ROTTURA FRAGILE ASSOCIATA A BASSO ASSORBIMENTO DI ENERGIA PANNELLI IN FIBRA DI CARBONIO STRUTTURA IN ALLUMINIO A CAUSA DELLO STILE E DEI VINCOLI DI PACKAGING, SPAZIO INSUFFICIENTE PER LA SEZIONE MINIMA NECESSARIA PANNELLI IN FIBRA DI CARBONIO STRUTTURA DI ACCIAIO CARBON FIBRE STEEL 19

20 MATERIALI E ARCHITETTURA COFANO LAMINATO SPESSO CON PANNELLI ESTERNO ED INTERNO STRUTTURA SANDWICH - 20% PESO Honeycomb Carbon fibre 20

21 MATERIALI E ARCHITETTURA: SINTESI CARBON FIBER ALUMINIUM STEEL R-RIM 21

22 PROGETTAZIONE CON LA FIBRA DI CARBONIO PUNTI DI ATTENZIONE ESTETICA MATERIALI LAY UP VERNICIATURA LAMINATO SPESSO GIUNZIONI SEZIONI SANDWICH CORROSIONE INSERTI 22

23 PROGETTAZIONE CON LA FIBRA DI CARBONIO ESEMPIO DI ANOMALIA SEGNALATA AL MONTAGGIO Segnalazione: smontando il pannello porta, si lacerano i fori di fissaggio (carbonio); * Soluzione modificata, con inserti in alluminio, in corrispondenza dei fissaggi stessi 23

24 PROGETTAZIONE CON LA FIBRA DI CARBONIO: ASSEMBLAGGIO DELL UPPERBODY IL RIVESTIMENTO ESTERNO E L OSSATURA SONO CO-CURATI: L incollaggio a caldo viene effettuato all interno dello stampo sfruttando la deformabilità dell elemento non curato SEZIONE SANDWICH GIUNZIONI SECONDARIE RINFORZO CHIUSURA LUNOTTO ALLOGGIAMENTO BOCCHETTONE CARBURANTE 24

25 PROGETTAZIONE CON LA FIBRA DI CARBONIO: TIMING STUDIO PRELIMINARE DELLE SUPERFICI ESTERNE ED INTERNE DELLA CARROZZERIA, IN FUNZIONE DELLO STILE E DEL DIMENSIONAMENTO DELLE SEZIONI UNA VOLTA DEFINITO IL MIGLIOR COMPROMESSO FRA IL DIMENSIONAMENTO DELLE SEZIONI ED IL PACKAGING, E STATO AVVIATO L ATTREZZAMENTO DEI COMPONENTI DI CARROZZERIA DURANTE LA REALIZZAZIONE DEGLI STAMPI, SI E OTTIMIZZATO IL PROGETTO DELLE FIBRE DI CARBONIO, MEDIANTE SIMULAZIONI VIRTUALI IN TERMINI DI: MATERIALI ORIENTAMENTO DELLE FIBRE NUMERO DI STRATI 25

26 PROGETTAZIONE CON LA FIBRA DI CARBONIO: IL LAY-UP Step Orientation Material Description 26

27 PROGETTAZIONE CON LA FIBRA DI CARBONIO SIMULAZIONI VIRTUALI PRE-PROCESSING E CONTROLLI DI QUALITA DEL MODELLO PIU COMPLESSI E GRAVOSI PER IL LAYER DATA MANAGEMENT: ORIENTAMENTO, TRANSIZIONE DEGLI SPESSORI, MATERIALE, GEOMETRIA TEMPI DI CPU RADDOPPIATI CON I CODICI ESPLICITI CRITERIO DI ROTTURA E COEFFICIENTE DI SICUREZZA: SINGLE LAYER RUPTURE MANAGEMENT 27

28 PROGETTAZIONE CON LA FIBRA DI CARBONIO DESIGN VALIDATION SIMULAZIONI VIRTUALI TEST FISICI 28

29 CONCLUSIONI L ESPERIENZA MATURATA CON IL PROGETTO DELL ALFA 8C COMPETIZIONE HA CONSENTITO L ACQUISIZIONE DI UN KNOW HOW SPECIFICO NELLA PROGETTAZIONE DI STRUTTURE AUTOMOBILISTICHE IN FIBRA DI CARBONIO E LA RELATIVA APPLICAZIONE, CON TUTTE LE IMPLICAZIONI LEGATE AL PRODOTTO INDUSTRIALE (SIA PURE IN SERIE LIMITATA), DALL IMPOSTAZIONE ALL AVVIO PRODUTTIVO. TALE KNOW HOW DIVENTA UN NUOVO STRUMENTO PER LA PROGETTAZIONE DI NUOVI VEICOLI CON STRUTTURA IN FIBRA DI CARBONIO. 29

30 SVILUPPI FUTURI ALFA ROMEO 8C SPIDER 30