FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA

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1 FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELLE COSTRUZIONI MECCANICHE, NUCLEARI, AERONAUTICA E DI METALLURGIA TESI DI LAUREA in Laboratorio di CAD Studio ed ottimizzazione geometrica, strutturale e all impatto di una vettura sportiva per diversamente abili CANDIDATO: Francesco Gagliardi RELATORE: Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli CORRELATORE/CORRELATORI: Prof. Ing.. Gianni Caligiana Prof. Ing.. Alfredo Liverani Dott. Ing.. Cristina Renzi Anno Accademico 2006/07 Sessione III 1

2 Il progetto ASTURA Automobile progettata per favorire l accesso l a guidatori disabili Modifica del telaio precedentemente utilizzato per renderlo più leggero Test da impatto EuroNCAP (New Car Assestment Programme ) Prova a torsione 2

3 Telaio iniziale Densità [kg/m 3 ] Modulo elastico [Pa ] Coefficiente Poisson Tensione di snervamento [MPa ] Tangent Modulus [MPa ] e Tubi portanti Ф=40 mm, s=2,5 mm e di rinforzo Ф=22 mm e s=1.5 mm Peso finale di 147 kg 3

4 Vantaggi: Lega Alluminio Svantaggi: Leggero 2700 kg/m 3 Facilmente formabile per estrusione Duttile Facilmente riciclabile Resistenza meccanica modesta Lega Al6061 T6: Mg, Si, Cu e t.t. Buone caratteristiche meccaniche, ottima saldabilità con processo TIG/MAG Densità [kg/m 3 ] Modulo elastico [Pa ] Coefficiente Poisson Tensione di snervamento [MPa ] Tangent Modulus [MPa ] e

5 Il nuovo Telaio Tentativo di ridurre il peso a pari sicurezza e rigidezza Superamento dei test ad impatto Rigidezza torsionale Design più semplice per favorire eventuali interventi meccanici di montaggio e riparazione Diverse sezioni in base alla loro funzione Tentativo II con diversa geometria nelle travi laterali con sezione 40x80 mm e spessore 3 mm 5

6 Sezioni utilizzate Culla centrale 100x80 mm e spessore 4 mm per fornire rigidezza al telaio Travi 80x40 mm e spessore 3 mm per impatto frontale e laterale 6

7 Tubi sezione circolare per deformazione programmata in zona frontale Ф=35 mm e spessore 4 mm Tubi a sezione quadrata 40x40 mm e spessore 2.5 mm per contorni e zone poco caricate 7

8 Simulazione con Ansys LS-Dyna Costruzione del telaio tramite inserimento di keypoint Inserimento di diverse costanti per le diverse sezioni delle travi Applicazione delle masse concentrate Costruzione dell ostacolo Applicazione vincoli Impostazione velocità e del tempo di campionamento 8

9 Simulazione con Ansys LS-Dyna Costruzione del telaio tramite inserimento di keypoint Inserimento di diverse costanti per le diverse sezioni delle travi Applicazione delle masse concentrate Costruzione dell ostacolo Applicazione vincoli Impostazione velocità e del tempo di campionamento 9

10 Simulazione con Ansys LS-Dyna Costruzione del telaio tramite inserimento di keypoint Inserimento di diverse costanti per le diverse sezioni delle travi Applicazione delle masse concentrate Costruzione dell ostacolo Applicazione vincoli Impostazione velocità e del tempo di campionamento 10

11 Urto frontale I crash test EuroNCAP Automobile lanciata alla velocità di 17.8 m/s Barriera deformabile 40% della sezione frontale interessato dall impatto 11

12 Risultati Deformazione del frontale con abitacolo intatto Assenza di travi deformate pericolose per i passeggeri Piantone dello sterzo indeformato e non pericoloso 12

13 Urto laterale Piattaforma lanciata a 13.9 m/s Larghezza impattatore di 1500 mm Scontro al centro dell impattatore con il punto R Simulazione svolta in condizioni peggiori: barriera resa indeformabile ed assenza della portiera e dei rivestimenti 13

14 Risultati Deformazione troppo elevata con pericolo per il passeggero 14

15 Risultati Minore deformazione grazie alla nuova configurazione 15

16 Urto palo Auto su piattaforma lanciata a 8.06 m/s Palo con diametro Ф=254 mm Impatto al centro della fiancata Palo indeformabile anche nella realtà, manca nuovamente il contributo protettivo della portiera 16

17 Risultati Deformazione troppo marcata, compromessa la sicurezza 17

18 Risultati Minore deformazione, test superato 18

19 Le prove di torsione Discretizzazione del telaio Vincoli sugli attacchi sospensioni posteriori Forze contrapposte sugli attacchi sospensioni anteriori con 1200 Nm di momento torcente totali 19

20 Le prove di torsione Rotazione del telaio, rispetto all asse asse longitudinale, pari a u θ = rad Rigidezza torsionale di Nm/rad 20

21 Conclusioni Crash test EuroNCAP superati: telaio sicuro Urti laterali sicuri nonostante le dimensioni della portiera Buona rapporto rigidezza/peso del telaio Peso telaio iniziale: 147 kg, peso telaio finale: 116 kg riduzione di circa il 21% Sezioni delle travi facilmente reperibili sul mercato per produzione Rigidezza torsionale migliorabile 21