Tesi di laurea

Assorbitore d’urto per la formula Predator’s

assorbitore d'urto FEM

La presente tesi riguarda la progettazione di un assorbitore d’urto per una vettura da competizione categoria Formula Predator’s. Tale vettura è realizzata nella fabbrica di Albinea dal Sig. Corrado Cusi. Si tratta di una monoposto a ruote scoperte motorizzata con propulsori di derivazione motociclistica.

L’assorbimento dell’energia derivante da un urto frontale è senza dubbio un problema sempre attuale e di estrema importanza. Riuscire a ridurre l’energia sviluppata nell’impatto può fare la differenza per quanto riguarda le sorti del conducente. La vera sfida è controllare la deformazione delle strutture durante l’urto. La progettazione di un assorbitore d’urto è ormai da anni volto in direzione delle strutture metalliche in parete sottile. E’ ben noto come tali strutture possano, soggette a carichi assiali di compressione, deformarsi in maniera tale da assorbire un elevato quantitativo di energia. Non di rado quindi si vedono impiegati a tal scopo tubi sottili di vario tipo.

assorbitore d'urto CAD

Di notevole interesse in questo settore sono le strutture tronco-coniche e tronco-piramidali in parete sottile. Tali soluzioni possono essere viste come varianti dei tubi classici nei quali è presente un angolo di apertura. Tale angolo permette un abbattimento dei picchi di decelerazione durante l’urto. Ne consegue una più fluida e graduale decelerazione a discapito di una minore forza media esercitata sulla massa impattante. Tali strutture si adattano bene come assorbitore d’urto evitando brusche decelerazioni dannose per l’organismo umano.

Analisi di crash numeriche

Le formule analitiche che descrivono il comportamento dei tubi circolari in parete sottile soggetti ad impatto assiale sono dovute agli studi di J. M. Alexander. Il modello considera il tubo costituito da un materiale a comportamento elastico perfettamente plastico. La deformazione avviene a causa della generazione di alcune cerniere plastiche.

La Formula Predator’s attualmente è equipaggiata con un assorbitore d’urto a struttura reticolare in Fe360 composta di tubi a sezione quadrata. Il design non ha seguito un vero e proprio studio sulla rigidezza e la capacità di assorbire energia di deformazione. La struttura infatti è piuttosto un proseguimento del telaio della vettura che ricalca l’esterno della medesima. I disegni CAD di tutti gli assorbitori sono stati effettuati mediante il software Solidworks. Le modellazioni e simulazioni FEM sono state eseguite tramite il software FEMAP con il solutore esplicito non lineare LS-DYNA 3D.

L’analisi condotta durante il presente lavoro ha portato alla definizione di un modello conforme al regolamento della formula Predator. Punto di forza dell’assorbitore d’urto progettato risiede in una decelerazione massima di 45 g. Tale valore è largamente al di sotto dei 60 g previsti nel regolamento Formula 3. Questa caratteristica pone la struttura più in sicurezza rispetto a quanto richiesto dal regolamento Predator’s.

Una soluzione alternativa già impiegata in assorbitori d’urto per la Formula SAE, potrebbe essere l’utilizzo di honeycomb di alluminio. Tale struttura combinerebbe caratteristiche di leggerezza ed elevato assorbimento. Tuttavia il costo per la realizzazione di tali strutture è decisamente superiore a quello del modello presentato in questo lavoro.

Clicca qui sotto per scaricare la relazione completa del progetto.

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