Molla a balestra in materiale composito: caratterizzazione e sensorizzazione

Le molle a balestra sono un sistema di sospensione rigido costituito da più foglie in acciaio sovrapposte e vincolate al telaio che lavorano a flessione. Negli ultimi anni il settore automobilistico ha mostrato un crescente interesse rivolto allo studio di nuove molle a balestra in materiale composito a matrice polimerica fibrorinforzata. Pertanto, nuove soluzioni di molle a balestra in composito sono già state sviluppate per autovetture come alternativa alle balestre realizzate in materiale metallico. L’introduzione di materiali compositi è ampiamente accettata in applicazioni di sospensioni per via dell’apporto di numerosi vantaggi come la riduzione significativa del peso e la maggiore resistenza alla corrosione rispetto agli acciai convenzionalmente utilizzati. L’utilizzo di un materiale più leggero ma altrettanto prestazionale comporta una riduzione del consumo di carburante e un miglioramento del comfort nella guida del veicolo: il tutto è una diretta conseguenza di una maggior leggerezza della sospensione. Il principale aspetto negativo è legato ai costi di produzione del composito, in particolare il costo delle fibre rinforzanti. La tesi presentata è stata svolta presso Composite Research, azienda dedita alla ricerca nel campo dei materiali compositi, in collaborazione con Mollebalestra S.P.A, leader italiano nel mercato delle molle a balestra per veicoli commerciali, industriali, agricoli e ferroviari. La prima parte di questo progetto è stata dedicata alla ricerca di un materiale composito, da utilizzare per lo sviluppo di una balestra che risponda positivamente in termini di prestazioni di irrigidimento a seguito di un’applicazione di un carico, col fine di conferire una buona resistenza a tutta la struttura della sospensione. L’oggetto di studio è incentrato sulla fattibilità della realizzazione di una molla a balestra in materiale composito per veicoli commerciali leggeri, laddove il carico in azione, per via del trasporto di merci, è maggiore rispetto alle più comuni automobili. Il lavoro si è strutturato in una prima parte di reverse engineering su una molla a balestra in composito presente in commercio per poter comprendere se e come fosse possibile svilupparne una nuova, anch’essa in materiale composito, che possa essere montata su veicoli più pesanti rispetto a quelli per i quali sono già state sviluppate. Sono state quindi condotte analisi di laboratorio (spettroscopia infrarossa, termogravimetria e tomografia industriale computerizzata) al fine di comprendere i materiali e la struttura interna del prodotto. Grazie alle maggiori conoscenze apprese dalle analisi effettuate, si sono susseguite simulazioni di analisi agli elementi finiti in ricerca di un modello ottimale con materiale composito, che potesse soddisfare determinate richieste prestazionali da parte del produttore. Un ulteriore obiettivo è stato capire se fosse possibile o meno poter inserire nella balestra un sensore per monitorare il tempo di vita della balestra e le sollecitazioni che avrebbe subito durante il periodo operativo.