Verifica strutturale del telaio anteriore di una supercar: ottimizzazione e dimensionamento crash box = Structural verification of the front chassis of a supercar: optimization and crash box sizing

Lo scopo dell'elaborato è la verifica strutturale del telaio anteriore di una supercar. Più nel dettaglio lo scritto è incentrato su progettazione e dimensionamento di una crash box adeguata a soddisfare i requisiti di legge per quanto riguarda l’urto a bassa velocità. Durante le prime fasi di progettazione ci si è tuttavia accorti che il seguente elaborato non poteva limitarsi alla richiesta appena citata, ma era necessario un lavoro più approfondito e accurato che coinvolgesse l’intero telaio. Il modello consegnato dal cliente presenta inoltre una geometria del tutto semplificata, volta unicamente a fornire un’idea di massima su forme e ingombri. Il progettista deve pertanto ridefinire alcuni componenti e rielaborare il modello per permettere una corretta simulazione agli elementi finiti, evitando soprattuto l’insorgere di criticità strutturali. La vettura oggetto della seguente trattazione è ancora in fase di sviluppo e si hanno solo alcuni riferimenti relativi a ingombri, massa e forma del veicolo. L’intera analisi deve pertanto essere svolta attenendosi scrupolosamente ai vincoli progettuali imposti, mantenendo una perfetta sinergia tra tutti i componenti. Ai fini della stesura della seguente trattazione è stato necessario acquisire le competenze principali relative ai software utilizzati per l’analisi, più nel dettaglio: Hypermesh, Radioss, Hypercrash, Hyperview e Hypergraph. Una volta acquisita una padronanza sufficiente nell’utilizzo dei software si è approcciato il problema nel seguente modo: • Innanzitutto è stato necessario eseguire un’accurata "pulizia" del modello fornito dal cliente, modificando alcuni componenti eccessivamente semplificati prima di passare alla realizzazione della mesh. La taglia dei singoli elementi è stata determinata in base al time step da mantenere nella simulazione. • Successivamente si è passati al dimensionamento preliminare della crash box secondo alcune formule empiriche reperite in letteratura. • A questo punto si è deciso di caratterizzare la crash box attraverso un modello semplificato. Questo step intermedio ha permesso l’esecuzione di una simulazione in cui è stata presa in considerazione solo la crash box stessa, con un notevole risparmio computazionale (pochi minuti a fronte di quasi tre ore per il modello completo). I calcoli effettuati nel punto precedente vengono dunque verificati dal software e il componente così realizzato viene considerato valido. • A questo punto si è passati all’inserimento della crash box nel modello completo, attraverso alcune modifiche geometriche che garantissero il corretto funzionamento del crash management system. • Il modello del telaio a questo punto è pronto per la simulazione: è stata valutata la risposta all’urto a bassa velocità contro una barriera rigida con overlap del 40%. • Le criticità riscontrate in bassa velocità sono state analizzate nel dettaglio e risolte in seguito ad un processo iterativo di ottimizzazione della struttura. Il modello così ottenuto risulta valido e permette di passare alla simulazione ad alta velocità. • Si è poi passati all’urto ad alta velocità (56 km/h) contro barriera rigida. In questo caso sono emersi alcuni aspetti critici che ai 15 km/h non influenzavano il comportamento della struttura. • L’analisi delle criticità emerse ha permesso di individuare l’esigenza di un’ulteriore ottimizzazione, che avrebbe tuttavia comportato un’eccessiva rivisitazione del telaio. Queste modifiche vengono pertanto proposte come possibili sviluppi futuri nel capitolo conclusivo.