Università degli Studi di Roma “La Sapienza”

Presentazione sul tema: "Università degli Studi di Roma “La Sapienza”"— 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 Traverso Relatore: Prof. Ing. Umberto Pighini Correlatore: Ing. Mario Fargnoli Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica A.A. 2000/2001

2 Telaio “Space Frame” - Definizione e caratteristiche
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

3 Applicazione: City Car
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

4 Documentazione - Tipologie costruttive Tipologie costruttive
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

5 Tipologie costruttive - Evoluzione storica
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

6 Tipologie costruttive - Stato della tecnica Tipologie costruttive
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

7 Documentazione: Materiali e Tecnologie
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

8 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

9 Costi di produzione Confronto Space Frame - Scocca in acciaio
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

10 Progettazione di massima di un telaio Space Frame
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

11 Chiarimento del Compito Chiarimento del Compito
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

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

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

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

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

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

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

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

19 Concezione del Sistema Meccanico (SM)
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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

20 Schema di principio n.1 Schema di principio n.2
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

21 Valutazione qualitativa
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

22 Caratteristiche della struttura
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

23 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

24 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

25 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

26 Profilati: unica sezione 50x50x3 mm
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

27 Misurazione della rigidezza torsionale
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

28 Struttura di base e struttura modificata
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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

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

30 Analisi di sensibilità
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

31 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

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

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

34 Verifica ai carichi dinamici della struttura ottimizzata
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: σmax = 26 N/mm2 (attacco puntoni ant. - traversa pianale) Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

35 Layout del veicolo Passo lungo: Perdita di rigidezza
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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

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

37 Layout del veicolo - Versioni a passo lungo
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

38 Layout del veicolo - Versione Cab a passo lungo
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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

39 Layout del veicolo - Versione Pick-up a passo lungo
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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

40 Layout del veicolo - Versioni a passo corto
Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A 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

41 Layout del veicolo - Versione Cab a passo corto
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. Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

42 Layout del veicolo - Versione Pick-up a passo corto
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 Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

43 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