Riassunto analitico
L’obiettivo di questo progetto di tesi è stato quello di effettuare un test a torsione su un telaio monoscocca di un’auto da corsa di tipo Formula, realizzato in fibra di carbonio, presso l’azienda ARS Tech Srl. ARS Tech sta per “Advanced Reinforced Structures Technology”. L’azienda dal 2014 si impegna a realizzare componenti strutturali e di carrozzeria in fibra di carbonio per hypercar ed auto da corsa. In occasione della 24 ore di Le Mans del 2021 ARS Tech era presente con l'86% dei telai in carbonio schierati sulla griglia di partenza. Il progetto ha inizio con un attento studio preliminare su test torsionali in letteratura dove è stato conseguentemente definito tutto il set-up di misura. Parlando di acquisizione dati (comunemente abbreviato come DAQ), ci si riferisce al processo di misura di fenomeni fisici e alla loro registrazione. I dati possono essere di tipo digitale (ad esempio numero di pezzi che passano in un nastro trasportatore nell'unità di tempo) o di tipo analogico (ad esempio un velocità, una forza o una pressione). I sistemi di acquisizione moderni solo costituiti da componenti essenziali: sensori di misura, amplificatori di segnale ove necessari, convertitori di segnale da analogico a digitale, ed infine computer con software DAQ. I sensori utilizzati per questo progetto sono dei potenziometri lineari a molla che consentono di misurare uno spostamento lineare, una cella di carico posta nel punto di applicazione della forza (quest’ultima necessita di amplificatori di segnale). Moltiplicando la forza misurata dalla cella di carico per la distanza dal piano di simmetria del telaio è possibile ottenere la torsione applicata alla struttura. Lo step successivo è stata la progettazione e conseguente realizzazione dell’attrezzatura necessaria per svolgere il test. Il telaio monoscocca necessita di essere rialzato e fissato al terreno (banco test) nella parte posteriore, tramite un’apposita piastra di collegamento ed un elemento angolare che consente il fissaggio a terra. La forza viene esercitata tramite un cilindro idraulico nella parte anteriore del telaio dove è stata opportunamente imbullonata una barra. Quest’ultima trasferisce il carico (in spinta o in tirata) dal cilindro idraulico al monoscocca, fungendo da braccio della forza per il calcolo del momento torcente. La rotazione della struttura viene consentita da un giunto rotativo opportunamente dimensionato con l’ausilio di cuscinetti a sfere. L’angolo di rotazione del telaio è stato misurato ponendo otto sensori di spostamento (quattro per lato) alla stessa distanza rispetto all’asse di simmetria (definito come x). L’attrezzatura di interfaccia fra chassis e sensori è stata progettata e realizzata mediante additive manufacturing (tecnologia SLS). Essendo il carico applicato ingente, tutte le componentistiche sottoposte a stress sono state analizzate agli elementi finiti (FEM). Dopo un’accurata applicazione della mesh a tutti i componenti, carichi e vincoli sono stati imposti in modo da studiare nei risultati della simulazione spostamenti, deformazioni e stress. I calcoli strutturali effettuati alla struttura, la rigidezza torsionale del telaio monoscocca in fibra di carbonio, possono essere infine paragonati ai risultati del test fisico.
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