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Università degli Studi di Roma La Sapienza
Tesi di Laurea in Ingegneria Meccanica PROGETTAZI
ONE DI TELAI AUTOMOBILISTICISPACE FRAME IN
LEGA LEGGERA CON PARTICOLARE RIGUARDO A SOLUZIONI
DI TIPO MODULARE
Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Meccanica
e Aeronautica
A.A. 2000/2001
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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
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A.A. 2000-2001
Struttura della Tesi
Documentazione
Tesista Marco Traverso
Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di
Meccanica e Aeronautica
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A.A. 2000-2001
Documentazione - Tipologie costruttive
Tipologie costruttive
Tesista Marco Traverso
Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di
Meccanica e Aeronautica
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A.A. 2000-2001
Tipologie costruttive - Evoluzione storica
Tesista Marco Traverso
Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di
Meccanica e Aeronautica
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A.A. 2000-2001
Tipologie costruttive - Stato della tecnica
Tipologie costruttive
Tesista Marco Traverso
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Documentazione Materiali e Tecnologie
Riferimento Scocca stampata in acciaio
Materiali
Tecnologie
Confronto con lacciaio
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Scocca in acciaio

• Vantaggi
• Buone prestazioni generali
• Costi ridotti per elevati volumi
  produttiviSvantaggi
• Peso elevato
• Costi molto elevati per volumi produttivi
  medio-bassi

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Confronto Space Frame - Scocca in acciaio
Costi di produzione
fonte Materials System Laboratory, Massachusetts
Institute of Technology, 1998.
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Applicazione City Car multifunzionale
Progettazione di massimadi un telaio Space Frame
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A.A. 2000-2001
Chiarimento del Compito
Chiarimento del Compito
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Chiarimento del Compito - Studio di fattibilità
Studio di fattibilità
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Studio di fattibilità
Layout generale del veicolo
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A.A. 2000-2001
Studio di fattibilità
Caratteristiche meccaniche principali
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A.A. 2000-2001
Chiarimento del Compito - Lista dei Requisiti
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A.A. 2000-2001
Tesista Marco Traverso
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Meccanica e Aeronautica
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A.A. 2000-2001
Tesista Marco Traverso
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A.A. 2000-2001
...
Tesista Marco Traverso
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A.A. 2000-2001
Concezione del Sistema Meccanico (SM)
Concezione del SM
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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 Frame composto da profilati estrusi
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A.A. 2000-2001
Concezione del SM - Schemi di Principio
Valutazione qualitativa
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Progetto Preliminare
Caratteristiche della struttura
Materiali
Profilati estrusi lega AA 6061-T6 Limite
elastico sy 265 N/mm2 Parti stampate lega AA
6015-T4
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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

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A.A. 2000-2001
Progetto Preliminare
Metodo di Calcolo
Spostamenti Ogni nodo 6 gradi di libertà
Sollecitazioni Ogni nodo 6 componenti
Componente n-esimoEquazione costitutiva del
tipo fn kn un
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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
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A.A. 2000-2001
Progetto Preliminare
Struttura di base
Profilati unica sezione 50x50x3 mm
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A.A. 2000-2001
Progetto Preliminare
Misurazione della rigidezza torsionale

• Rt Mt / ax
• Mt Momento torcente applicato
• ax Rotazione intorno allasse X (asse di
  rollio)
• ax 2 nodi di riferimento
• 1. Attacco sospensioni ant.
• 2. Mezzeria traversa ant.

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Progetto Preliminare
Struttura di base e struttura modificata
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A.A. 2000-2001
Progetto Preliminare
Condizioni di carico e di vincolo
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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
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Meccanica e Aeronautica
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A.A. 2000-2001
Progetto Preliminare
Ottimizzazione
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A.A. 2000-2001
Progetto Preliminare
Struttura ottimizzata
Tesista Marco Traverso
Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di
Meccanica e Aeronautica
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A.A. 2000-2001
Progetto Preliminare
Struttura ottimizzata
Tesista Marco Traverso
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Meccanica e Aeronautica
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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
• smax 26 N/mm2 (attacco puntoni ant. - traversa
  pianale)

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Layout del veicolo
Abitabilità 2-4 passeggeriAumento del passo da
1800 a 2150 mm 2 versioni di base a passo corto
e a passo lungo Passo lungo Perdita di rigidezza
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Layout del veicolo - Abitabilità
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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
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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
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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
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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
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Meccanica e Aeronautica
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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.
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Meccanica e Aeronautica
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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
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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

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Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di
Meccanica e Aeronautica