Studio di una cassa ferroviaria innovativa con l'impiego di materiali compositi in fibra di carbonio = Design of an innovative railway carbody using carbon fiber composite materials.

Lo scopo dell’elaborato, dal titolo “Studio di una cassa ferroviaria innovativa con l’impiego di materiali compositi in fibra di carbonio”, è quello di studiare gli eventuali benefici apportati dall’utilizzo di materiali compositi fibro-rinforzati nella progettazione di veicoli ferroviari. Inizialmente si è svolta una ricerca per capire quali sono le innovazioni che caratterizzano i rotabili recentemente messi sul mercato dai principali costruttori europei, nell’ambito di un’attività commissionata a BLUE Engineering di Rivoli (TO) da un’azienda terza. Dall’indagine è emerso che, mentre i materiali predominanti rimangono acciaio e alluminio, le innovazioni si concentrano prevalentemente sul comfort dei passeggeri, sulla condivisione di informazioni con gli stessi e sui sistemi di diagnostica e manutenzione. Tuttavia, a livello di ricerca sono stati rilevati studi promettenti sui benefici offerti dai materiali compositi, oltre a un prototipo di cassa ferroviaria interamente in fibra di carbonio, noto con il nome di “Carbodin project”. Partendo da queste premesse, si è deciso di analizzare i benefici derivanti dalla sostituzione della parete di un veicolo metropolitano interamente progettato in acciaio inossidabile con una parete in laminato fibro-rinforzato. Questa scelta ha richiesto un approfondimento sui metodi di connessione tra materiali compositi e acciaio, al fine di garantire un collegamento efficace ed evitare problematiche quali galvanizzazione, dovuta a interazioni chimiche, e delaminazione, causata dai carichi trasmessi. Dopo aver effettuato il disegno, il CAD viene importato in un programma di simulazione agli elementi finiti e vengono creati due modelli di calcolo, costituiti da elementi planari. Nel primo modello, le superfici rappresentanti parete e cassa, a contatto fra loro, sono state vincolate rigidamente, simulando un collegamento ideale in cui parete e cassa si comportano come un unico elemento continuo. Tale ipotesi, pur semplificativa, non è realistica, per cui si realizza un secondo modello dove invece le reazioni vincolari interne sono definite dagli elementi di collegamento. I carichi applicati sono definiti dalla normativa di riferimento UNI EN 12663, con prove di compressione e trazione che includono anche carichi verticali aggiuntivi, come il peso dell’impianto di condizionamento e del coupler. I risultati mostrano come si ha un notevole risparmio di peso e le tensioni che si sviluppano non portano al cedimento strutturale delle varie lamine. Tuttavia, le deformazioni risultano eccessive e vengono formulate alcune ipotesi su come risolvere tale problematica.