Università degli Studi di Roma “La Sapienza”

1. Tesista: Marco Traverso Relatore: Prof. Ing. Umberto Pighini Correlatore: Ing. Mario Fargnoli 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 Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica A.A. 2000/2001

2. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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 Chiarimentodel compito Tipologie costruttive Concezione delSistema Meccanico Materiali Progetto preliminare Tecnologie Layout del veicolo Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Struttura della Tesi Documentazione Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

4. Evoluzione storica Vetture di serie Concept Cars Ricerche e Sviluppi Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Documentazione - Tipologie costruttive Tipologie costruttive Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

5. Cisitalia (1945) Jaguar E type (1961) Fiat VSS (1978) Honda NSX (1991) 1970 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1980 1990 2000 Lancia Lambda (1922) Ford Chassis (’50) Renault R16 (1965) Mercedes 190 (1984) Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Tipologie costruttive - Evoluzione storica Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

6. Soluzione per il 95% delle vetture di attuale produzione:Scocca portante in lamiera di acciaio stampata e saldata Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Tipologie costruttive - Stato della tecnica Tipologie costruttive Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

7. Tecnologie dilavorazione Leghe di alluminio Tecnologie digiunzione • Leggerezza • Possibilità diestrusione e pressofusione • Confronto con Stampaggio e Saldatura a Punti • Applicazione alle leghe di alluminio Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Documentazione: Materiali e Tecnologie Riferimento: Scocca stampata in acciaio Materiali Tecnologie Confronto con l’acciaio Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

8. Space Frame • Vantaggi: • Peso contenuto • Costi ridotti per volumi produttivi medio-bassiSvantaggi: • Tecniche specifiche di lavorazione e assemblaggio • Alti costi per volumi produttivi elevati Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Scocca in acciaio • Vantaggi: • Buone prestazioni generali • Costi ridotti per elevati volumi produttiviSvantaggi: • Peso elevato • Costi molto elevati per volumi produttivi medio-bassi Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

9. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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. Chiarimentodel compito Concezione delSistema Meccanico Progetto preliminare Layout del veicolo Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Applicazione: City Car multifunzionale Progettazione di massimadi un telaio Space Frame Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

11. Raccolta dati Studio di fattibilità Lista dei Requisiti Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Chiarimento del Compito Chiarimento del Compito Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

12. Fattibilità tecnica Fattibilità economica Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Chiarimento del Compito - Studio di fattibilità Studio di fattibilità Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

13. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Studio di fattibilità Layout generale del veicolo Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

14. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Studio di fattibilità Caratteristiche meccaniche principali Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

15. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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. Principio Tecnologico Processo Tecnico Studio della Funzione Struttura della funzione Tabella Morfologica Attuatori delleFunzioni Parziali Funzioni -> Soluzioni costruttive Schemi di Principio Valutazione Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Concezione del Sistema Meccanico (SM) Concezione del SM Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

20. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Concezione del SM - Schemi di Principio Schema di principio n.1 Schema di principio n.2 Struttura stampata conpianale ad elementi estrusi Space Framecomposto da profilati estrusi Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

21. Schema di principio ottimale = SP 2 Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Concezione del SM - Schemi di Principio Valutazione qualitativa Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

22. Componenti Profilati estrusi rettilinei con sezioni scatolate rettangolari, monocella e multicella Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Caratteristiche della struttura 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. Verifica statica del pianale Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Struttura di base Profilati: unica sezione 50x50x3 mm Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

27. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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. Analisi di sensibilità Rinforzi nella zona dei passaruota anteriori e posteriori Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Struttura di base e struttura modificata Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

29. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Condizioni di carico e di vincolo Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

30. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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 Elementi della cella abitacolo Varie configurazioni per il pianale 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. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Progetto Preliminare Struttura ottimizzata Tesista: Marco Traverso Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica e Aeronautica

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

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

37. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 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. Università degli Studi di Roma “La Sapienza” - A.A. 2000-2001 Layout del veicolo - Versione Pick-up a passo corto 4. Doppia traversa 5. Elementi laterali 1. Struttura di base 2. Traversa inferiore 3. Traversa superiore 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