Valutazione dell'efficienza strutturale di materiali innovativi nell'applicazione su autovetture ad alte prestazioni = Evaluation of the structural efficiency of innovative materials in application on high-performance cars

Lo scopo di questa tesi è di valutare i materiali impiegati su una hypercar e migliorarli ove possibile. Si stila inizialmente la distinta base dei componenti presenti sulla vettura e successivamente ci si concentra solamente su un pezzo che necessita delle valutazioni e miglioramenti. Nel primo capitolo si descrivono gli obiettivi della tesi e come si vuole procedere per conseguirli, nel secondo capitolo si descrive la storia di Luca Mazzanti e della Mazzanti automobili. Nel terzo capitolo viene indicata la procedura di selezione del componente e il motivo per cui si decide di prendere in esame i supporti motore. All'interno del quarto capitolo si stimano i carichi applicati ai supporti e si crea un modello agli elementi finiti per un'analisi statica. Un programma Matlab procede a lanciare analisi consecutive ognuna con un materiale differente. Infine, si valutano i risultati per capire quale materiale è in grado di supportare staticamente i carichi. Nel quinto capitolo si implementa un'ottimizzazione agli spessori al fine di migliorare la geometria dei supporti per i 3 materiali che hanno superato l'analisi statica: Al-2024, AISI-4130 e Al-7075. L'obiettivo dell'ottimizzazione è migliorare il peso e il costo mantenendo una rigidezza adeguata del componente, su ogni materiale viene implementata una configurazione differente. Nel sesto capitolo si introduce un nuovo processo di produzione che si chiama Additive Manufacturing, quindi si ottimizza topologicamente il supporto al fine di ottenere un design performante e adatto al processo produttivo, inoltre per questa analisi si usa una lega di Titanio chiamata Ti-6Al-4V. All'interno del settimo capitolo si studia un adeguato ciclo di carico attraverso delle telemetrie della 24 ore di Le Mans e dei test effettuati sul motore con un accelerometro creato con Arduino. Le vibrazioni rilevate dai test vengono sovrapposte alle telemetrie al fine di considerare tutti i carichi a cui è sottoposta la struttura. Nell'ottavo capitolo si procede a implementare le analisi a fatica delle configurazioni ottenute dalle ottimizzazioni agli spessori e topologica. Prima si valuta il comportamento di Patran a fatica attraverso dei test su una piastra per capire quali teorie implementa il programma in diversi casi di carico e geometria. Successivamente si utilizza il ciclo di carico ricavato nel capitolo precedente per studiare quanti cicli supportano le varie configurazioni prima di arrivare a rottura. Concluse le analisi si richiedono i preventivi ai fornitori per le valutazioni economiche. La configurazione migliore è quella ottenuta con l'Al-7075 poichè si ha una riduzione di peso del 79%, un costo basto rispetto agli altri materiali e una vita con valori superiori a 1e6. La configurazione in Ti-6Al-4V ha valori di peso e costo simili all'alluminio ma una vita di 1e4, quindi valori troppo bassi. La configurazione peggiore è quella dell'acciaio AISI-4130 poichè troppo pesante e costosa.