Riassunto analitico
L’industria automotive negli ultimi anni sta affrontando il bisogno di trovare delle soluzioni alla richiesta di una costante riduzione delle emissioni inquinanti dei veicoli, il che si traduce in un inevitabile bisogno di ridurre il peso delle automobili. Inoltre, ai costruttori è richiesto anche un continuo miglioramento della protezione attiva e passiva degli occupanti e dei pedoni.
Per raggiungere questi obiettivi, è necessario l’impiego di materiali innovativi, infatti, anche nel settore automotive si sta diffondendo l’uso di materiali compositi per quanto riguarda i componenti strutturali, e l’uso di materiali polimerici per quanto riguarda componenti con funzioni estetiche o pseudo-strutturali.
Al fine di poter soddisfare queste numerose richieste, riuscendo a rispettare tempistiche sempre più brevi e rispettando i budget a disposizione, assumono sempre più importanza strumenti di sviluppo e delibera virtuale come il FEM (Finite Element Method).
Affinchè l’uso di questi strumenti si riveli efficace, in particolar modo avendo risultati predittivi del comportamento reale del componente, sotto-sistema o anche dell’intero veicolo, il primo fattore da curare è il modello matematico che descrive il comportamento del materiale.
Proprio la caratterizzazione di alcuni materiali polimerici usati in ambito automotive è stata la prima attività svolta in questo lavoro di tesi. Dopo aver individuato la modalità di esecuzione della prova di trazione, sono stati ricavati i provini dai componenti a disposizione; in questo modo le caratteristiche meccaniche ricavate (rigidezza, resistenza e modalità di rottura) sono rappresentative del materiale che ha già subito le diverse lavorazioni, necessarie per ottenere il componente finale, e che vanno ad alterare le proprietà del materiale vergine.
Molti materiali polimerici, al contrario dei materiali metallici, sono caratterizzati da elevati allungamenti a rottura; questo aspetto ha portato alla necessità di adottare nelle prove di trazione, non solo una misurazione degli allungamenti mediante estensimetri meccanici ma anche di “estensimetri virtuali”. Quando le deformazioni da misurare andavano oltre il range di allungamenti misurabile dagli estensimetri a disposizione, si è adottata la Digital Image Correlation (DIC) ossia una tecnica di elaborazione delle immagini che consente di risalire al campo delle deformazioni attraverso l’analisi computerizzata dei frames acquisiti durante la prova.
Avendo a disposizione i dati sperimentali, si è proceduto a replicare le stesse prove a FEM modellando i provini e simulando le medesime condizioni di prova. I vari parametri che descrivono il materiale sono stati determinati in modo che il comportamento numerico andasse a combaciare con il comportamento sperimentale.
Infine le material cards ottenute sono state validate all’interno di un modello full-vehicle in cui si simula un urto testa omologativo. Anche in questo caso si è proceduto ad una correlazione tra i risultati numerici e quelli sperimentali, andando ad agire non solo sui parametri relativi ai componenti correlati in precedenza ma anche sugli altri aspetti critici emersi dall’analisi del modello.
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