Riassunto analitico
Nella tesi si svolge un’indagine numerica, utilizzando l’analisi ad elementi finiti (FEM), sul telaio di due vetture (2010 e 2011) monoposto progettate secondo i requisiti della Formula Student. Gli elementi finiti sono un metodo numerico molto versatile per la soluzione approssimata di equazioni in genere differenziali. Nel corso degli anni si è fatto ricorso a diverse tecniche sperimentali quali la fotoelasticità e l'estensimetria per prevedere con rapidità, semplicità ed economia la deformata di un organo meccanico e le zone maggiormente tensionate. Queste tecniche, però, hanno problemi legati alla loro natura: la fotoelasticità soffre il fatto di richiedere lunghi tempi sia di esecuzione che di elaborazione dei dati, mentre l'estensimetria fornisce indicazioni interessanti soltanto se gli estensimetri vengono applicati esattamente nei punti di massimo tensionale, in genere non noti a priori. In aiuto del progettista si è proposto, negli ultimi anni, il Metodo agli Elementi Finiti (FEM). La teoria di questo metodo esiste da tempo ma ha trovato una applicabilità concreta solo negli ultimi anni, grazie all'aumento esponenziale delle prestazioni dei calcolatori. Infatti, l'accuratezza dei risultati di uno studio FEM dipende dal numero di elementi in cui il pezzo iniziale viene diviso, e dal tipo di elementi utilizzati. Un maggior numero di elementi tende a fornire un modello globale migliore. È però necessario considerare che col numero di elementi aumenta il numero delle equazioni da risolvere e quindi il peso computazionale del calcolo. Questo tipo di analisi risulta di fondamentale importanza quando si parla di vetture da competizione dove uno degli obiettivi base della progettazione è ottenere un peso il più contenuto possibile, aumentandone allo stesso tempo la rigidità, la compattezza, la solidità e, di conseguenza, la stabilità della vettura, l’accelerazione, la frenata e le prestazioni in curva. Tutte queste ottimizzazioni in passato si basavano sull’esperienza e per valutare il reale effetto di una modifica era necessario testare l’impatto su un prototipo. Ma con l’analisi FEM si è potuto avere in tempi brevi l’analisi dello stato tensionale di una struttura complessa, quale un telaio, permettendo di valutare le zone dove procedere all’ottimizzazione con un riscontro rapido delle conseguenze sullo stato tensionale delle modifiche effettuate, avvicinandosi più facilmente ad un rapporto ideale tra peso e rigidezza. E' stata quindi effettuata un'analisi dei telai in seguito a delle rotture che si sono verificate durante le competizioni. Partendo quindi dalla geometria del modello solido (cad) si è preceduto con la discretizzazione della struttura (meshatura), la definizione delle proprietà e delle condizioni al contorno per poi eseguire il calcolo numerico. Infine è stato possibile confrontare i risultati dell’analisi numerica con dati estrapolati dal comportamento delle vetture durante le competizioni.
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