Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

Corso di Laurea e Dipartimento di Ingegneria Meccanica

 
 

Ultimi

Archivio

Autori

Mappa del Sito

English Home Page

Spanish Home Page


Home Page

Archivio Home Page

Ricerca

Karting

Didattica

Collaborazioni

Dicono di noi

Comunicati Stampa

Wallpapers

Contatti

Pubblicazioni

Gli Strumenti del Race Engineering

Associazioni

Canali Televisivi

Federazioni

Persone

Riviste

Tecnologie

Università e Ricerca

Suggest a link


0

Progettazione di un assorbitore d'urto per auto da competizione categoria Formula Predators


TVK Ricerca Meccanica Strutturale


Il presente lavoro riguarda la progettazione di un assorbitore d’urto per una vettura da competizione categoria Formula Predator’s. Tale studio si è svolto nell'ambito della collaborazione in essere fra il nostro gruppo TVK e Predators che fa parte dei partner tecnologici del team Scuderia Tor Vergata (STV).
La Predators, realizzata nella fabbrica di Albinea (RE) dal Sig. Corrado Cusi, è una monoposto a ruote scoperte (oppure a ruote coperte su richiesta) motorizzata con propulsori di derivazione motociclistica dedicata ai dilettanti appassionati di competizioni automobilistiche.
L’auto in questione presenta molte caratteristiche in comune con la TV 460 RR, la vettura con la quale il team STV partecipa al torneo Formula SAE.

Predator’s PC008

I modelli teorici su cui si è basato lo studio sono quelli proposti da J. M. Alexander, T. Wierzbicki e W. Abramowicz, basati a loro volta sul modello di materiale di Cowper-Symonds, caratterizzato da un legame costitutivo bilineare e sensibile alla velocità di deformazione espresso dalla seguente formula:


con D e q costanti dipendenti dal materiale analizzato.

Elementi base di collasso. (a) Tipo I e (b) Tipo II.

Le sperimentazioni condotte dagli studiosi sopra citati hanno portato alla creazione di modelli analitici che permettono il calcolo della forza media necessaria a portare avanti il collasso di un tubo in parete sottile. Nel caso di tubi a sezione quadrata avremo che:


con:





Sezione retta del tubo.


Il risultato ottenuto dalle formule precedentemente esposte è stato quindi confrontato con quello ottenuto da una simulazione FEM, per verificarne l’attendibilità. Come si può notare vi è un pieno accordo tra i risultati numerici ed analitici ed è stato quindi possibile ritenere valida la metodologia di modellazione.


Confronto tra i risultati analitici e quelli ottenuti mediante simulazione FEM.



Risultati ottenuti per tubo a sezione quadrata con C = 0.14 m e H = 1.5 mm.



Scarto percentuale tra analisi FEM e analitica.



Deformazione del tubo durante la simulazione.


Le specifiche tecniche richieste dall’assorbitore hanno subito variazioni durante il processo di progettazione del medesimo, in quanto sono state apportate modifiche al regolamento tecnico. In particolare la progettazione fino ai modelli Mark-7.1 e Mark-8 è stata eseguita con l’obiettivo di ottenere tali caratteristiche:

• Decelerazione media nei primi 150 mm di crushing inferiore a 5 g.
• Decelerazione media totale inferiore a 25 g.
• Picco di decelerazione minore o al più uguale a 60 g e per un massimo di 3 ms.
• Massa da arrestare durante la prova pari a 650 Kg (ridotta a 500 Kg) e impattante a 12 m/s.

In seguito alla modifica del regolamento le specifiche tecniche (le quali interessano il modello Mark-7.2) sono divenute le seguenti:

• Decelerazione media totale inferiore a 25 g.
• Massa da arrestare durante la prova pari a 560 Kg e impattante a 12 m/s.

Altri parametri di merito sono stati la facilità di costruzione, l’economicità e il peso ridotto.

In primo luogo è stata effettuata una analisi FEM sull’attuale assorbitore per verificarne le prestazioni e capire in che modo intervenire per migliorare la struttura. Il modello attualmente presente sulla Predator è caratterizzato da una elevata rigidezza iniziale (la quale causa un picco di decelerazione superiore ai 60g) che tuttavia cala bruscamente dopo pochi millimetri di crushing; a quel punto la struttura va in instabilità globale (e non locale come nel caso dei tubi analizzati precedentemente), comportamento che non permette un adeguato assorbimento di energia. Pertanto è stato modificato il progetto in modo da controllare la deformazione della struttura, far si che quest’ultima avvenisse come visto per il caso dei tubi e facendo in modo che si avesse una decelerazione più graduale nella fase iniziale.


Caratteristiche dell'assorbitore attuale.



Modello FEM dell’attuale assorbitore.


I primi modelli realizzati presentano due differenti stadi caratterizzati da diverso spessore delle lamiere (da Mark-1 a Mark-5) e fatta eccezione per il Mark-1 sono costituiti di sole lamiere anziché tubi a sezione quadrata: infatti costruendo in tal modo la struttura è scongiurato il pericolo di instabilità locale, a vantaggio di una maggiore probabilità della formazione di pieghe localizzate. Inoltre sono stati introdotti dei setti verticali equidistanti l’uno dall’altro al fine di imporre dei nodi nella deformata e prevedere il numero di pieghe ottenute.


Caratteristiche del Mark-1.



Caratteristiche del Mark-2.



Modello FEM del Mark-1.



Caratteristiche del modello Mark-3.



Vista in sezione del Mark-3.



Caratteristiche del modello Mark-4.


Il Mark-4 potrebbe sembrare una soluzione adatta al problema, tuttavia andando ad analizzare le tensioni registrate nei setti verticali, queste sono di gran lunga superiori a quella di snervamento del materiale (Fe360); pertanto la prova è da ritenersi falsata. Il problema è stato risolto creando dei setti a cornice, i quali non vengono praticamente coinvolti durante il crushing; tale modifica ha inoltre permesso un alleggerimento della struttura.


Mark-4, particolare della rottura dei setti.



Caratteristiche del modello Mark-5.



Vista in sezione del Mark-5.


Il modello Mark-5 presenta problemi di saldabilità dovuti alla grande differenza di spessore tra le lamiere del primo e del secondo stadio (rispettivamente 0.5 mm e 2 mm). Pertanto sono state realizzate delle soluzioni alternative, realizzate con spessore uniforme delle lamiere. Inoltre, per ridurre il peso e per favorire e controllare la deformazione a pieghe, la struttura è stata resa più piccola e simmetrica. Il Mark-7 mantiene la soluzione dei setti a cornice impiegata nel Mark-5; il Mark-8 invece presenta dei tagli longitudinali che permettono di imporre le pieghe della deformata.


Modello CAD del Mark-7.



Caratteristiche del modello Mark-7.



Caratteristiche del Mark-8.



Mark-8, particolare dei tagli longitudinali.


In accordo con il costruttore si è optato per la soluzione Mark-7, ,a inserendo una modifica al progetto. Infatti, per mantenere più contenuti i costi di costruzione, si è stabilito di realizzare l’assorbitore con setti saldati a tratti anziché in continuo. Ciò ha pertanto reso necessaria la modellazione di tali saldature e l’esecuzione di successive modifiche e simulazioni per verificare che tale modifica permettesse il rispetto delle specifiche richieste (Mark-7.1a e Mark-7.1b). In seguito alla modifica del regolamento inoltre è stato necessario eliminare il primo stadio di decelerazione e rendere quindi omogenea la struttura, al fine di arrestare la massa aumentata da 500 a 560 Kg.


Caratteristiche del modello con saldature Mark7.1a.



Particolare della modellazione delle saldature a tratti dei setti.



Caratteristiche del Mark 7.1b.



Modello del Mark-7.1b, particolare della modifica nel primo stadio.



Caratteristiche del Mark-7.2.


In conclusione il modello definitivo di assorbitore è il Mark-7.2: punti di forza di tale soluzione sono la facilità e l’economicità di realizzazione e il rispetto delle specifiche richieste dal regolamento. Si tiene a sottolineare inoltre che il picco di decelerazione registrato è di 45 g, molto al di sotto di 60 g (anche se non specificamente richiesto dal regolamento), il che mette maggiormente in sicurezza la struttura. Unico difetto riscontrato è il notevole aumento di peso rispetto alla soluzione originale (Assorbitore attuale: 3.46 Kg; Mark-7.2: 8.27 Kg), che tuttavia non svolge il suo compito.


Modello FEM del Mark-7.2.





Hai dimenticato la tua password?



Vuoi essere informato sugli aggiornamenti del sito? Registrati



TVK ©2002-2003 Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"
E' vietata la riproduzione non autorizzata dei contenuti del sito.

Sito progettato e realizzato per una risoluzione minima 800x600
Per segnalazioni, rivolgersi al webmaster
Realizzazione 2002