Analisi a crash per microvettura con telaio tubolare

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1 ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA' DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA ELABORATO FINALE DI LAUREA In Laboratorio CAD Analisi a crash per microvettura con telaio tubolare CANDIDATO Lorenzo Vincenzi RELATORE Prof. Ing. Luca Piancastelli CORRELATORI Prof. Ing. Gianni Caligiana Dott. Ing. Daniela Francia Anno Accademico 2004/2005 Sessione estiva

2 Minivettura in esame

3 Analisi della vettura CARROZZERIA E MECCANICA Dimensioni: lunghezza 2880 mm, larghezza 1500 mm, altezza 1440 mm Carrozzeria in pannelli in resina epossidica e fibra di vetro Portiere della FIAT Panda Freni, gruppo sospensioni anteriori e posteriori, gruppo sterzo della FIAT Panda Motore diesel Lombardini di 505 cc, potenza massima 4 kw TELAIO Telaio tubolare in estrusi di alluminio a sezione rettangolare cava 40x60 mm e spessore 4 mm Elementi di rinforzo in alluminio stampato Peso 63 kg Rigidità torsionale di Nm/rad

4 Crash test EuroNCAP EuroNCAP (New Car Assestment Programme) è un ente che si occupa di normare e certificare i crash test per le autovetture in commercio Tre prove fondamentali: frontale, laterale, test del palo Una vettura di prova con a bordo manichini antropomorfi strumentati viene lanciata contro un ostacolo fisso secondo procedure normate e si verifica il comportamento della struttura Si misurano deformazioni ed accelerazioni: verranno solo studiate le prime perché per l analisi delle accelerazioni è necessaria la approfondita conoscenza della vettura Si valuta il grado di protezione offerto ai passeggeri nelle tre singole prove Si emette un giudizio globale sulla sicurezza della vettura (da zero a cinque stelle): molte auto di nuova concezione raggiungono la valutazione massima, ma buona parte dei veicoli in commercio ottiene tre stelle.

5 Simulazione di crash test Un test simulato permette risparmio di costi e tempo rispetto ad una prova reale La simulazione è stata effettuata con il software agli elementi finiti ANSYS, sfruttando il modulo dinamico Ls-Dyna Il software effettua il calcolo di una struttura trabeiforme trasformando l energia cinetica della vettura in energia di deformazione delle travi IPOTESI CONSERVATIVE Il telaio è il solo elemento deformante, ma la massa considerata è quella totale Barriere perfettamente rigide Nessuna presenza di attriti all interfaccia Non si considera la resistenza dell aria e la forza di gravità Vincoli perfettamente rigidi CON UN MODELLO DI QUESTO TIPO NON E POSSIBILE STUDIARE LE ACCELERAZIONI, PERCHE IL RISULTATO SAREBBE IRREALISTICO. SI ANALIZZERANNO SOLO LE DEFORMAZIONI

6 Crash test frontale Impatto frontale riguardante il 40% della larghezza, velocità di 64 km/h. Nel caso di minivetture la velocità è limitata a 45 km/h: si effettuerà il test in questa condizione A bordo, due manichini da 77 kg (pilota e passeggero) e 36 kg di bagagli Barriera composta da una struttura a nido d ape in alluminio Sono critiche le deformazioni del montante anteriore, della zona di alloggio dei piedi e dello sterzo

7 Modello per il crash test frontale

8 Esito del crash test frontale Deformazioni decisamente superiori ai 200 mm Penetrazione di elementi strutturali nell abitacolo Norme EuroNCAP non soddisfatte Serio pericolo per l incolumità dei passeggeri

9 Proposta di modifica del telaio Eliminazione della barra paraurti esterna ai supporti anteriori Modifica della parte anteriore del pianale per impedire la deformazione nella zona di alloggio dei piedi

10 Modello modificato per il crash test frontale

11

12 Esito del crash test frontale con telaio modificato

13 Conclusioni Necessità di modifica del telaio di base Con la nuova conformazione, lo spostamento massimo è contenuto in 70 mm CRASH TEST FRONTALE SUPERATO CON GIUDIZIO ECCELLENTE

14 Crash test laterale Impatto laterale con barriera su carrello di massa 930 kg e velocità di 50 km/h. L asse del carrello è allineato con l anca del pilota. Vettura ferma A bordo, un manichino da 77 kg (pilota), 20 kg di bagagli e un manichino da 15 kg (simula un bambino seduto al posto del passeggero) Barriera composta da una struttura a nido d ape in alluminio Sono critiche le deformazioni della zona della portiera su cui avviene l impatto

15 Modello per il crash test laterale

16 Esito del crash test laterale

17 Conclusioni Non è necessaria una nuova modifica del telaio Lo spostamento massimo è stimato in meno di 150 mm CRASH TEST LATERALE SUPERATO CON GIUDIZIO MODERATO

18 Test del palo Impatto contro un palo rigido di diametro 254 mm. L asse del palo è allineato con il baricentro della testa del pilota. La vettura è su un carrello che si muove a 29 km/h con le ruote su fogli di teflon in modo da annullare l attrito A bordo, un manichino da 80 kg (pilota) e 136 kg di bagagli E un test estremamente severo, con particolare riguardo per la zona della portiera colpita. La barriera è infatti molto penetrante e c è rischio di lesioni per la testa

19 Modello per il test del palo

20 Esito del test del palo

21 Conclusioni Non è necessaria una nuova modifica del telaio Lo spostamento massimo è stimato in 170 mm (non contenuto, ma inferiore al limite di 200 mm) Test estremamente severo, che spesso richiede l adozione di airbag e strutture specifiche TEST DEL PALO SUPERATO CON GIUDIZIO MODERATO

22 Esito complessivo delle prove Nel test frontale il giudizio è di eccellenza Nel test laterale e del palo il giudizio è di protezione moderata Tutti i test sono stati condotti sotto ipotesi conservative LA VETTURA SUPERA I TEST EURONCAP Si ricorda che l esito riguarda lo studio delle sole deformazioni. La modifica del telaio introdotta permette il superamento del test frontale, non rende più difficoltosa né costosa la realizzazione del telaio e porta la massa della struttura a 67 kg, mantenendo quella complessiva al di sotto del limite di legge

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