Diet for TAURUS

WHPSC 2017 ci ha permesso sicuramente di conoscere meglio la nostra creatura. Sono stati individuati molti punti di forza, ma anche alcuni aspetti critici su cui si sta concentrando l’intera attività 2017/18, uno fra tutti, il peso.

TAURUS infatti pesa ben 38.8 kg, non un peso troppo elevato sembrerebbe, ma se si confronta con i 22 kg di alcuni prototipi di altri concorrenti lo svantaggio diventa evidente: una massa minore permette di raggiungere alte velocità più rapidamente e con uno sforzo minore. Quindi quest’anno TAURUS è stato messo a dieta con un piano di lavoro che sta coinvolgendo praticamente ogni area del progetto dall’elettronica, all’aerodinamica fino ovviamente alla progettazione di nuovi componenti come ruote e forcelle.

​Per tutti i membri del team si presenta quindi una nuova sfida, ovvero raggiungere le massime prestazioni minimizzando i pesi.
Per ora sono state fatte varie stime sul risparmio di peso finale della seconda versione del prototipo: si preventiva un risparmio di 1 kg per quanto riguarda l’elettronica grazie ad una riduzione delle dimensioni dei powerbank ed allo sviluppo di un monitor ultralight. Un contributo importante arriverà anche dalle ruote, dalla forcella e dalla trasmissione grazie ad un nuovo design che strizza l’occhio al peso. 

Il 2018 infatti ha visto la nascita di una nuova divisione del Team, la divisione Analisi FEM, ovvero analisi ad elementi finiti. I membri di questa area del team hanno come obiettivo la creazione di modelli ad elementi finiti di alcuni componenti del prototipo al fine di processarli con algoritmi di ottimizzazione che restituiscano una versione più leggera dello stesso componente ma con pari capacità strutturali.

​Per coloro che non masticano meccanica strutturale o calcolo matriciale basti sapere che invece che risolvere poche complicatissime equazioni sul componente intero, il metodo degli elementi finiti consente di scomporre l’oggetto in tantissimi piccoli frammenti, gli elementi finiti appunto, e per ognuno di essi risolvere poche semplici equazioni. Ovviamente per quanto semplici le equazioni diventano migliaia e per trovare la soluzione è necessario un calcolatore che abbia al suo interno un software chiamato solutore, nel nostro caso è stato utilizzato Epilysis di BETA Systems.

Durante la prima parte dell’anno accademico, la divisione FEM si è concentrata sulla caratterizzazione dei materiali, ovvero sulla ricerca dei valori delle caratteristiche meccaniche dei materiali come modulo elastico, modulo di taglio, densità ecc… le quali definiscono la risposta dei materiali alle sollecitazioni. La ricerca di questi valori ha comportato non poche difficoltà, in particolare per quanto riguarda la fibra di carbonio poiché i valori di composito finale dipendono dalla fibra, dalla resina utilizzata, dal tipo di tessitura e dal processo utilizzato per la laminazione; tutti questi elementi contribuiscono alle caratteristiche del materiale tramite delle relazioni per lo più empiriche che sono state implementate in un codice di calcolo MATLAB. Inoltre, c’è la grande incognita della frazione in volume che riusciamo ad ottenere con il nostro metodo di laminazione manuale. La frazione in volume determina la percentuale di fibra che c’è in un volume unitario di composito rispetto alla percentuale di matrice: più la frazione in volume è grande meglio è, perché si ha un materiale più resistente a un minor peso. Un valore tipico di questa grandezza è 0,6 ovvero il 60%, noi stimiamo di aver raggiunto un valore intorno al 40% ma sono necessarie ulteriori prove sperimentali su campioni di materiale par arrivare ad una stima più precisa.

Fairing mesh  [software ANSA,  BETA CAE Systems]

Attualmente la divisione FEM è occupata con due grossi progetti di ottimizzazione, il primo riguarda la carena e il secondo riguarda le pedivelle.
Per la carena l’obiettivo è quello di ottenere una struttura molto più leggera diminuendo quanto più possibile la quantità di PVC distribuendo però quest’ultimo in maniera tale da avere comunque la rigidezza necessaria ed in modo tale da minimizzare le vibrazioni.

​Per le pedivelle lo scopo è analogo e consiste nell’effettuare un’ottimizzazione topologica, ovvero preso il modello a elementi finiti della pedivella sottoposta ai carichi il software ricerca quali porzioni di materiale non contribuiscono alla resistenza del componente e quindi le elimina con un processo iterativo.   

Le figure mostrano l’ordine cronologico delle azioni sulla pedivella: si parte dal CAD della pedivella originale e si costruisce il modello ad elementi finiti, dopo di che si avvia il processo di ottimizzazione che genera una nuova distribuzione di materiale da cui si ottiene la forma finale della nuova pedivella.
Per questo lavora si stima un risparmio del 50% del peso rispetto alle attuali pedivelle in acciaio, ma poiché si sta considerando l’impiego di materiali più leggeri come le leghe di titanio probabilmente l’alleggerimento sarà ancora più consistente.

Seguiranno aggiornamenti e maggiori informazioni.  Continuate a seguirci!

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