Ottimizzare un telaio monoscocca in carbonio: il caso di studio di Dynamis PRC
Progettare e Costruire in Compositi
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Ing. Francesco Palloni
SmartCAE
Andrea Vezzoli
Dynamis PRC
Michele Rossi
Dynamis PRC
Luca Galimberti
Dynamis PRC
PARTNER
Descrizione Webinar
Dynamis PRC è il team Formula Student del Politecnico di Milano, vincitore delle competizioni Classe 1C FSAE Italia 2019.
In questo incontro Andrea (Direttore Tecnico), Michele (Responsabile Telaio) e Luca (Responsabile Aerodinamica) ci spiegano, tra l’altro, come siano riusciti a ridurre del 50% il tempo di produzione della loro monoposto grazie alla simulazione del drappeggio delle pelli.
Dynamis PRC è un team di circa 100 studenti del Politecnico di Milano che partecipa al campionato di Formula SAE, campionato internazionale al quale partecipano più di 600 università da tutto il mondo. Ogni team si impegna a progettare, costruire e portare in gara un prototipo da competizione in stile formula. Quindi una monoposto a ruote scoperte, costruita secondo regolamento.
In queste gare vengono valutate sia le performance della macchina tramite gli eventi dinamici che la bontà del progetto tramite gli eventi statici, rendendola quindi non solo una competizione fine a sé stessa, ma anche educativa dal punto di vista ingegneristico. In particolare ci sono tre diverse categorie di competizione che sono: Combusiton, con macchine a combustione interna, Electric e Driverless.
Scendendo più nel dettaglio con il progetto, la DP11, una macchina che era un’evoluzione della precedente DPX. Quindi ci siamo trovati all’inizio dell’anno a decidere di andare a tentare di ottimizzare il più possibile questo progetto per ottenere i migliori risultati possibili. In particolare poi ci siamo anche migliorati dal punto di vista organizzativo riuscendo per la prima volta nella storia del team a completare la macchina un mese prima della prima gara, quindi questo ci ha permesso di fare un grande ammontare di test che ci ha permesso di estrapolare il massimo della performance dalla macchina, trovando gli assetti ottimali.
Il duro lavoro e gli sforzi sicuramente sono stati ripagati, perché abbiamo ottenuto nella prima gara, in Olanda, un primo posto Over All, con un podio in tutte le categorie, primo posto Over All anche in Italia, dove abbiamo ottenuto ottimi piazzamenti in tutte le categorie. Purtroppo solo un settimo posto nella gara in Ungheria dove eravamo partiti bene con le prove statiche, ma purtroppo a causa di un problema meccanico siamo stati costretti al ritiro nell’endurance, quindi abbiamo perso molti punti nelle prove dinamiche. Poi un terzo posto in Germania che è la gara più importante a livello internazionale nella Formula Student, siccome gran parte dei top team di tutto il mondo partecipa, quindi è molto difficile ottenere un buon piazzamento, quindi dei risultati notevoli.
Siamo partiti dalla sensitivity analysis, tramite questa analisi noi assegniamo a ogni parametro un peso in termini di tempo sul giro. Quindi ad esempio, la massa per ogni chilo che si aggiunge o toglie corrisponde a 33 millisecondi al giro aggiunti o tolti. Tramite queste analisi si possono individuare i parametri più importanti su cui lavorare per riuscire a migliorare le performance del prototipo. Quindi una volta che si ha una visione generale di cosa influenza maggiormente la performance della propria vettura si può settare un target per ogni categoria.
- La riduzione del peso, in quanto la macchina dell’anno prima, la DPX, era stata progettata non con troppo occhio all’ottimizzazione di ogni singolo pezzo, essendo una macchina comunque di primo anno, quindi telaio nuovo e tutto nuovo.
- Un aumento del Cl*A, quindi il coefficiente che determina la down force che come da tabella della sensitivity analysis è il parametro che influenza maggiormente la performance, quindi si tenta sempre di aumentarlo il più possibile.
- Poi l’ottimizzazione delle rigidezze, la diminuzione delle compliance, che spesso è trascurata però è una grossa parte della progettazione di una macchina specialmente una macchina da corsa, perché trascurare questo aspetto della progettazione porta spesso ad avere una macchina di cui non si comprende il comportamento o comunque che si comporta in maniera inaspettata rispetto a quanto dicono le simulazioni, comunque cambiamenti di assetto che ci si aspetterebbe funzionassero in un modo, invece poi funzionano in un altro.
In particolare, nel nostro caso, reputavamo che le tre principali cose su cui lavorare fossero:
Gli obiettivi principali del reparto telaio riguardante appunto la monoscocca era il peso della monoscocca in cui ci siamo fissati un target che era 20 kg, quindi volevamo stare sotto questi 20 kg per diminuire al massimo il peso della monoscocca. Come raggiungere questo target? Ottimizzando le laminazioni regolamentarie. La monoscocca nel campionato Formula Student appunto è regolamentata da diverse regole stringenti che non permettono di utilizzare laminazione troppo leggere in alcune zone. L’ottimizzazione di quelle zone ha permesso di ridurre il peso.
Un altro metodo per ridurre il peso è stato l’ottimizzazione degli inserti per quanto riguarda la loro forma, il loro materiale e le loro dimensioni. Un’altra cosa su cui si è lavorato è l’utilizzo del tipo di adesivo che è stato utilizzato all’interno della laminazione che comunque sul velo finale è circa un chilo, quindi comunque una buona percentuale di peso sul totale del monoscocca.
Tutto questo, quindi questa riduzione di peso, comunque mantenendo dei valori di rigidezza torsionale abbastanza elevati intorno un target che ci sono fissati.
Infine essendo che il telaio lo produciamo proprio noi come studenti, come team, siamo proprio noi che laminiamo lo stampo del telaio, un altro obiettivo era quello di ottimizzare il processo di laminazione.
Questo sempre riferito all’obiettivo di finire la macchina il prima possibile per poter fare più test possibili. Quindi per ridurre i tempi di lavoro abbiamo cercato di ottimizzare e semplificare il processo di laminazione il più possibile. Mettendo a confronto l’azione di reparto telaio tra la DPX e la DP11, si possono vedere i delta pesi, in cui abbiamo un delta del quasi 30% di peso, arrivando al target che ci eravamo fissati, quindi sotto i 20 kg con 19.7 kg, una riduzione di quasi il 50% per quanto riguarda gli inserti e un’altra grande riduzione è stata nel IA Assembly quindi lavorando soprattutto sull’anti intrusion plate, anche quella fatta in materiale composito, trovando una laminazione ottimizzata anche per quel componente.
Webinar del 15 Maggio 2020