Riassunto analitico
La tesi tratta lo studio di come strumenti quali l’ottimizzazione topologica e l’additive manufacturing possano essere impiegati nel campo del Motorsport, quando applicati ad un caso specifico riguardante l’integrazione di un portamozzo e annessa pinza freno in un unico componente. In particolare, se ne vuole studiare la fattibilità, vantaggi e svantaggi. In una prima sezione, gli strumenti di ottimizzazione topologica vengono brevemente spiegati. Differenze tra ottimizzatori topologici e strumenti di generative shape design vengono elencate. Una descrizione riguardante l’attuale stato dell’arte di portamozzi e pinze freno conclude la fase introduttiva. Gli obbiettivi dello studio vengono convertiti in indici di performance e quantificati dove possibile. Considerando la riduzione di peso e la riduzione del numero di componenti i principali obbiettivi della tesi, una lista di tutti gli altri requisiti del progetto è riportata. Una volta definito il problema, viene messo in uso lo strumento di ottimizzazione topologica. La posizione ottimale della pinza freno viene inizialmente trovata, per poi passare alla generazione della geometria finale del componente. Insieme allo strumento di ottimizzazione topologica, uno studio FEM affianca lo sviluppo del componente, insieme a valutazioni riguardanti l’ingegnerizzazione della parte. Segue un’analisi dei risultati ottenuti, con un occhio particolare alla potenziale riduzione in peso ottenibile a seconda del Safety Factor considerato. Un’analisi termica non stazionaria conclude la fase di ricerca, insieme a commenti sulla facilità di manutenzione della parte. In conclusione, i risultati ottenuti dimostrano che, per i requisiti imposti, il componente non è realizzabile a causa del livello troppo alto di integrazione, il quale obbliga all’utilizzo di leghe del Titanio per un eventuale produzione in Additive Manufacturing. A causa della ridotta conducibilità termica del Titanio, problemi di surriscaldamento dell’assieme sono stati verificati, rendendo la realizzazione della parte così concepita non possibile.
|
Abstract
The target of this thesis is to study how Topology Optimization can be applied to a specific problem in the Motorsport environment. The goal is to establish if it is possible to integrate upright and brake caliper in one single component, producing it by Additive Manufacturing.
An introductory chapter explains what Topology Optimization tools are, and which are the differences between Topology Optimization and Generative Shape Design. Are then present some comments about why Topology Optimization and Additive Manufacturing are important for the Motorsport environment, together with a description of the State of the Art regarding Uprights and Brake Calipers.
Targets and requirement for the project are explained. The starting point is a real wheel assembly from an endurance car. KPI are identified. Weight reduction and integration of components are the main final targets.
Follows a description of how the Topology Optimization tool has been used. The best caliper position has been found. An optimized final structure of the whole assembly has been generated. FEM studies are present, as well as studies focused on the realization of a final working and functional component.
Evaluations regarding the brake disc and pads maintenance are reported. A qualitative thermal analysis of the whole assembly has been performed together with some evaluations about the weight reduction potential as function of the selected safety factor.
In conclusion, for the studied problem, it is not possible to find a working solution that respects the imposed requirements. The high level of integration obtained thanks to the Topology Optimization tools forces to use Titanium alloys and Additive Manufacturing for the production of the component. Due to the low thermal conductivity of the material, thermal issues are present, which make the final part not feasible.
|