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 Traverso Relatore: Prof. Ing. Umberto Pighini Correlatore: Ing. Mario Fargnoli Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica A.A. 2000/2001

Telaio “Space Frame” - Definizione e caratteristiche Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Telaio “Space Frame” - Definizione e caratteristiche - Struttura reticolare - Separazione funzionale telaio - carrozzeria - Ampia gamma di materiali e tecnologie Soluzione di crescente interesse Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Applicazione: City Car Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Struttura della Tesi Documentazione Applicazione: City Car Tipologie costruttive Materiali Tecnologie Chiarimento del compito Progetto preliminare Concezione del Sistema Meccanico Layout del veicolo Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Documentazione - Tipologie costruttive Tipologie costruttive Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Documentazione - Tipologie costruttive Tipologie costruttive Evoluzione storica Vetture di serie Concept Cars Ricerche e Sviluppi Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Tipologie costruttive - Evoluzione storica Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Tipologie costruttive - Evoluzione storica Cisitalia (1945) Jaguar E type (1961) Fiat VSS (1978) Honda NSX (1991) 1900 1970 1910 1920 1930 1940 2000 1990 1980 1960 1950 Lancia Lambda (1922) Ford Chassis (’50) Renault R16 (1965) Mercedes 190 (1984) Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Tipologie costruttive - Stato della tecnica Tipologie costruttive Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Tipologie costruttive - Stato della tecnica Tipologie costruttive Soluzione per il 95% delle vetture di attuale produzione: Scocca portante in lamiera di acciaio stampata e saldata Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Documentazione: Materiali e Tecnologie Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Documentazione: Materiali e Tecnologie Riferimento: Scocca stampata in acciaio Materiali Tecnologie Tecnologie di lavorazione Tecnologie di giunzione Confronto con Stampaggio e Saldatura a Punti Applicazione alle leghe di alluminio Confronto con l’acciaio Leghe di alluminio Leggerezza Possibilità di estrusione e pressofusione Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Scocca in acciaio 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 Vantaggi: Buone prestazioni generali Costi ridotti per elevati volumi produttivi Svantaggi: Peso elevato Costi molto elevati per volumi produttivi medio-bassi Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Costi di produzione Confronto Space Frame - Scocca in acciaio Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Confronto Space Frame - Scocca in acciaio Costi di produzione fonte: Materials System Laboratory, Massachusetts Institute of Technology, 1998. Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Progettazione di massima di un telaio Space Frame Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Applicazione: City Car multifunzionale Progettazione di massima di un telaio Space Frame Chiarimento del compito Progetto preliminare Concezione del Sistema Meccanico Layout del veicolo Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Chiarimento del Compito Chiarimento del Compito Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Chiarimento del Compito Chiarimento del Compito Raccolta dati Studio di fattibilità Lista dei Requisiti Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Chiarimento del Compito - Studio di fattibilità Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Chiarimento del Compito - Studio di fattibilità Studio di fattibilità Fattibilità tecnica Fattibilità economica Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Layout generale del veicolo Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Studio di fattibilità Layout generale del veicolo Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Caratteristiche meccaniche principali Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Studio di fattibilità Caratteristiche meccaniche principali Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Chiarimento del Compito - Lista dei Requisiti Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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. 2000-2001 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 ... Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Concezione del Sistema Meccanico (SM) Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Schema di principio n.1 Schema di principio n.2 Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Concezione del SM - Schemi di Principio Schema di principio n.1 Schema di principio n.2 Struttura stampata con pianale ad elementi estrusi Space Frame composto da profilati estrusi Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Valutazione qualitativa Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Concezione del SM - Schemi di Principio Valutazione qualitativa Schema di principio ottimale = SP 2 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Caratteristiche della struttura Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Caratteristiche della struttura Componenti Profilati estrusi rettilinei con sezioni scatolate rettangolari, monocella e multicella Materiali Profilati estrusi: lega AA 6061-T6 Limite elastico: σy = 265 N/mm2 Parti stampate: lega AA 6015-T4 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Ipotesi di Calcolo Profilati estrusi schematizzati mediante: Nodi estremi I e J Sezione trasversale Nodo K per orientamento sezione Materiale isotropo, omogeneo, con comportamento elastico lineare Massa trascurabile nella determinazioni delle sollecitazioni Profilati connessi tra loro mediante nodi infinitamente rigidi Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Metodo di Calcolo Risoluzione del problema: Sistema del tipo {F} = [K] {U} [K] = matrice sparsa Programmi utilizzati: Ansys 5.7 e SAP 2000 Plus Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Profilati: unica sezione 50x50x3 mm Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Struttura di base Profilati: unica sezione 50x50x3 mm Verifica statica del pianale Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Misurazione della rigidezza torsionale Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Misurazione della rigidezza torsionale Rt = Mt / αx Mt = Momento torcente applicato αx = Rotazione intorno all’asse X (asse di rollio) αx: 2 nodi di riferimento 1. Attacco sospensioni ant. 2. Mezzeria traversa ant. Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Struttura di base e struttura modificata Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Struttura di base e struttura modificata Analisi di sensibilità Rinforzi nella zona dei passaruota anteriori e posteriori Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Condizioni di carico e di vincolo Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Condizioni di carico e di vincolo Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Analisi di sensibilità Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Analisi di sensibilità 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 Varie configurazioni per il pianale Elementi della cella abitacolo Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Ottimizzazione Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Struttura ottimizzata Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Struttura ottimizzata Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Struttura ottimizzata Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Struttura ottimizzata Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Verifica ai carichi dinamici della struttura ottimizzata Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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: σmax = 26 N/mm2 (attacco puntoni ant. - traversa pianale) Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Layout del veicolo Passo lungo: Perdita di rigidezza Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Layout del veicolo - Abitabilità Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Layout del veicolo - Abitabilità Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Layout del veicolo - Versioni a passo lungo Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Layout del veicolo - Versioni a passo lungo Rinforzi: Montanti C inf. E sup. SRR posteriori Traversa tetto post. Versione Cab Rinforzi: Traverse di collegamento tra montanti B Versione Pick-up Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Layout del veicolo - Versione Cab a passo lungo Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Layout del veicolo - Versione Pick-up a passo lungo Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Layout del veicolo - Versioni a passo corto Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Layout del veicolo - Versioni a passo corto Rinforzi: Montanti C inf. E sup. SRR posteriori Traversa tetto post. Versione Cab Rinforzi: Traverse di collegamento tra montanti B Versione Pick-up Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Layout del veicolo - Versione Cab a passo corto Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Layout del veicolo - Versione Cab a passo corto 1. Struttura di base 2. Montanti C e SRR 3. Montanti C, SRR e traversa post. Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Layout del veicolo - Versione Pick-up a passo corto Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica