PROGETTAZIONE NUMERICA E VALIDAZIONE SPERIMENTALE DI CRASHBOX BIO-INSPIRED PRODOTTE MEDIANTE ADDITIVE MANUFACTURING = Numerical Design and Experimental Validation of Bio-Inspired Crashboxes Manufactured by Additive Manufacturing

Negli ultimi anni lo studio dei dispositivi di sicurezza passiva ha assunto un ruolo sempre più importante nella progettazione di autoveicoli. In particolare, le crashbox, strutture deputate all’assorbimento dell’energia d’impatto, rappresentano il punto focale dell’interesse dei progettisti in quanto strumenti essenziali per garantire l’incolumità dei passeggeri nell’abitacolo. In questo contesto, l’approccio bio-inspired è fortemente applicato, grazie alla natura che rappresenta una fonte di ispirazione per lo sviluppo di geometrie capaci di combinare leggerezza, stabilità e capacità di assorbimento energetico. Questo tipo di approccio, combinato con una branca in continuo sviluppo dell’ingegneria come l’additive manufacturing, rappresenta il fulcro di numerosissimi studi molto recenti. Il presente lavoro di tesi ha lo scopo di condurre uno studio di fattibilità sull’impiego di crashbox bio-inspired e stampate in 3D ma, allo stesso tempo, realizzabili su larga scala tramite tecniche di produzione tradizionali, verificandone prima il comportamento numerico e poi quello sperimentale. Sono stati sviluppati sei modelli ispirati a due differenti strutture naturali, le corna di alce e le chele del gambero mantide, in tre diverse lunghezze, per un totale quindi di diciotto modelli, disegnati inizialmente in SolidWorks, discretizzati in HyperMesh e simulati in LS-DYNA per la valutazione della capacità di assorbimento specifico di energia (SEA). È stato inoltre condotto uno studio parametrico separato, con lo scopo di analizzare l’influenza di alcuni parametri geometrici sull’efficienza energetica dei modelli, senza però che questo costituisse un criterio diretto di selezione dei prototipi da validare sperimentalmente. Tra tutti i modelli di partenza, infatti, sono stati scelti solo i sei più promettenti dal punto di vista puramente energetico, successivamente realizzati tramite stampa 3D e, infine, sottoposti a prove sperimentali di compressione quasi statica e impatto assiale, finalizzate alla validazione dei risultati numerici. Il confronto tra i risultati delle simulazioni e quelli sperimentali, ha evidenziato una buona correlazione delle curve forza–spostamento e una coerenza nei valori della SEA, confermando di conseguenza la validità dei modelli numerici e dell’approccio adottato. In particolare, le crashbox bio-inspired sviluppate in questo elaborato, hanno mostrato una maggiore capacità di assorbimento specifico di energia rispetto ad una crashbox tradizionale di riferimento, estratta dal modello numerico di un autoveicolo in circolazione. Questi risultati dimostrano come l’approccio bio-inspired rappresenti un miglioramento in termini di sicurezza passiva in ambito automobilistico, mantenendo al contempo potenzialità di produzione a livello industriale.