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Università degli Studi di Roma La Sapienza Tesi di Laurea in Ingegneria Meccanica PROGETTAZIONE DI TELAI AUTOMOBILISTICI SPACE FRAME IN LEGA LEGGERA CON.

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Presentazione sul tema: "Università degli Studi di Roma La Sapienza Tesi di Laurea in Ingegneria Meccanica PROGETTAZIONE DI TELAI AUTOMOBILISTICI SPACE FRAME IN LEGA LEGGERA CON."— Transcript della presentazione:

1 Università degli Studi di Roma La Sapienza Tesi di Laurea in Ingegneria Meccanica PROGETTAZIONE DI TELAI AUTOMOBILISTICI SPACE FRAME IN LEGA LEGGERA CON PARTICOLARE RIGUARDO A SOLUZIONI DI TIPO MODULARE Tesista: Marco TraversoRelatore: Prof. Ing. Umberto Pighini Correlatore: Ing. Mario Fargnoli A.A. 2000/2001 Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

2 Telaio Space Frame - Definizione e caratteristiche Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica - Struttura reticolare - Separazione funzionale telaio - carrozzeria - Ampia gamma di materiali e tecnologie Soluzione di crescente interesse Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A

3 Struttura della Tesi Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Applicazione: City Car Documentazione Tipologie costruttive Materiali Tecnologie Chiarimento del compito Progetto preliminare Concezione del Sistema Meccanico Layout del veicolo

4 Documentazione - Tipologie costruttive Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Tipologie costruttive Evoluzione storica Vetture di serie Concept Cars Ricerche e Sviluppi

5 Tipologie costruttive - Evoluzione storica Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Cisitalia (1945)Lancia Lambda (1922)Fiat VSS (1978) Honda NSX (1991) Jaguar E type (1961)Renault R16 (1965)Mercedes 190 (1984)Ford Chassis (50)

6 Tipologie costruttive - Stato della tecnica Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Tipologie costruttive Soluzione per il 95% delle vetture di attuale produzione: Scocca portante in lamiera di acciaio stampata e saldata

7 Documentazione: Materiali e Tecnologie Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Materiali Leghe di alluminio Leggerezza Possibilità di estrusione e pressofusione Tecnologie Confronto con lacciaio Tecnologie di lavorazione Tecnologie di giunzione Confronto con Stampaggio e Saldatura a Punti Applicazione alle leghe di alluminio Riferimento: Scocca stampata in acciaio

8 Scocca in acciaio Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Vantaggi: Buone prestazioni generali Costi ridotti per elevati volumi produttivi Svantaggi: Peso elevato Costi molto elevati per volumi produttivi medio-bassi Space Frame Vantaggi: Peso contenuto Costi ridotti per volumi produttivi medio-bassi Svantaggi: Tecniche specifiche di lavorazione e assemblaggio Alti costi per volumi produttivi elevati

9 Confronto Space Frame - Scocca in acciaio Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Costi di produzione fonte: Materials System Laboratory, Massachusetts Institute of Technology, 1998.

10 Applicazione: City Car multifunzionale Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progettazione di massima di un telaio Space Frame Chiarimento del compito Progetto preliminare Concezione del Sistema Meccanico Layout del veicolo

11 Chiarimento del Compito Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Chiarimento del Compito Raccolta dati Studio di fattibilità Lista dei Requisiti

12 Chiarimento del Compito - Studio di fattibilità Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Studio di fattibilità Fattibilità tecnica Fattibilità economica

13 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Studio di fattibilità Layout generale del veicolo

14 Studio di fattibilità Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Caratteristiche meccaniche principali

15 Chiarimento del Compito - Lista dei Requisiti Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A

16 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A

17 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A

18 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A

19 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Concezione del Sistema Meccanico (SM) Concezione del SM Studio della Funzione Attuatori delle Funzioni Parziali Schemi di Principio Valutazione Principio Tecnologico Processo Tecnico Struttura della funzione Tabella Morfologica Funzioni -> Soluzioni costruttive

20 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Concezione del SM - Schemi di Principio Schema di principio n.1Schema di principio n.2 Struttura stampata con pianale ad elementi estrusi Space Frame composto da profilati estrusi

21 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Concezione del SM - Schemi di Principio Valutazione qualitativa Schema di principio ottimale = SP 2

22 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Caratteristiche della struttura Materiali Profilati estrusi:lega AA 6061-T6 Limite elastico: σ y = 265 N/mm 2 Parti stampate:lega AA 6015-T4 Componenti Profilati estrusi rettilinei con sezioni scatolate rettangolari, monocella e multicella

23 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Ipotesi di Calcolo Materiale isotropo, omogeneo, con comportamento elastico lineare Massa trascurabile nella determinazioni delle sollecitazioni Profilati connessi tra loro mediante nodi infinitamente rigidi Profilati estrusi schematizzati mediante: Nodi estremi I e J Sezione trasversale Nodo K per orientamento sezione

24 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Metodo di Calcolo Spostamenti: Ogni nodo: 6 gradi di libertà Sollecitazioni: Ogni nodo: 6 componenti Componente n-esimo: Equazione costitutiva del tipo {f} n = [k] n {u} n

25 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Metodo di Calcolo Programmi utilizzati: Ansys 5.7 e SAP 2000 Plus Risoluzione del problema: Sistema del tipo {F} = [K] {U} [K] = matrice sparsa

26 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Struttura di base Profilati: unica sezione 50x50x3 mm Verifica statica del pianale

27 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Misurazione della rigidezza torsionale R t = M t / α x Mt = Momento torcente applicato α x = Rotazione intorno allasse X (asse di rollio) α x : 2 nodi di riferimento 1. Attacco sospensioni ant. 2. Mezzeria traversa ant.

28 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Struttura di base e struttura modificata Analisi di sensibilità Rinforzi nella zona dei passaruota anteriori e posteriori

29 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Condizioni di carico e di vincolo

30 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Analisi di sensibilità Varie configurazioni per il pianale Raddoppio di spessore per singoli componenti e gruppi di componenti. Profilati aggiuntivi e varie configurazioni per il pianale Output = Incremento percentuale di peso e rigidezza torsionale Elementi della cella abitacolo

31 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Ottimizzazione

32 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Struttura ottimizzata

33 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Struttura ottimizzata

34 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Progetto Preliminare Verifica ai carichi dinamici della struttura ottimizzata Carichi dinamici: schematizzati mediante il prodotto tra i carichi statici e dei coefficienti moltiplicativi (J.Pawlowski) Combinazioni di carichi: Flessione Torsione Flessione: σ max = 26 N/mm 2 (attacco puntoni ant. - traversa pianale)

35 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Layout del veicolo Abitabilità: 2-4 passeggeri: Aumento del passo da 1800 a 2150 mm 2 versioni di base: a passo corto e a passo lungo Passo lungo: Perdita di rigidezza

36 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Layout del veicolo - Abitabilità

37 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Layout del veicolo - Versioni a passo lungo Versione Pick-up Versione Cab Rinforzi: Montanti C inf. E sup. SRR posteriori Traversa tetto post. Rinforzi: Traverse di collegamento tra montanti B

38 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Layout del veicolo - Versione Cab a passo lungo 1. Struttura base a passo corto 2. Struttura base a passo lungo 3. Montanti C, SRR post. 4. Montanti C, SRR post. e traversa post. tetto

39 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Layout del veicolo - Versione Pick-up a passo lungo 1. Struttura base a passo corto 2. Struttura base a passo lungo 3. Traversa inf. montanti B 4. Traversa sup. mont. B 5. Doppia traversa

40 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Layout del veicolo - Versioni a passo corto Versione Pick-up Versione Cab Rinforzi: Montanti C inf. E sup. SRR posteriori Traversa tetto post. Rinforzi: Traverse di collegamento tra montanti B

41 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Layout del veicolo - Versione Cab a passo corto 1. Struttura di base 2. Montanti C e SRR 3. Montanti C, SRR e traversa post.

42 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Layout del veicolo - Versione Pick-up a passo corto 1. Struttura di base 2. Traversa inferiore 3. Traversa superiore 4. Doppia traversa 5. Elementi laterali

43 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università degli Studi di Roma La Sapienza - A.A Conclusioni Caso Applicativo Space Frame idoneo dal punto di vista strutturale (resistenza e rigidezza) Possibilità di ottenere differenti versioni con minimi interventi sul telaio Space Frame: Soluzione competitiva per modelli di nicchia Necessità di nuovi approcci progettuali e produttivi Possibilità produttive per piccole e/o nuove aziende


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