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Tesi etd-11232010-122751


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
POLI, MARCO
URN
etd-11232010-122751
Titolo
Analisi a crash di un motoveicolo mediante modellazione agli elementi finiti
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA DEI VEICOLI TERRESTRI
Commissione
relatore Prof. Francesco Frendo
relatore Ing. Walter Rosellini
relatore Prof. Bertini, Leonardo
Parole chiave
  • crash
  • motoveicolo
  • elementi finiti
  • FEM
  • volumi monitorati
  • smoothed particle hydrodynamics
  • sph
Data inizio appello
2010-12-20
Disponibilità
parziale
Data di rilascio
2050-12-20
Riassunto analitico
Lo scopo della tesi è quello di sviluppare e validare un modello agli elementi finiti di motociclo da utilizzare per simulazioni di crash. Il veicolo oggetto dello studio è un Gilera Runner FX da 125cc di cilindrata su cui è stata eseguita una prova di crash contro barriera rigida alla velocità di 13,88 m/s (50 Km/h)

Per realizzare il modello da utilizzare nella simulazione è stato necessario modellare al CAD l'intero veicolo a partire dai disegni cartacei. Dalla geometria CAD è stata creata la mesh, sono state modellate le connessioni fra le parti (saldature, giunti) ed inseriti gli elementi elastici delle sospensioni. Il lavoro di modellazione è stato supportato da prove sperimentali per determinare le proprietà meccaniche dei materiali, per la caratterizzazione statica e idraulica delle sospensioni e per determinare la rigidezza dello pneumatico. Infine sono state rilevate la massa e i momenti di inerzia del blocco cartermotore-marmitta-ruota, che nel modello è stato considerato un unico corpo rigido.

Particolare attenzione è stata prestata alla modellazione dello pneumatico e del serbatoio.
L'aria interna allo pneumatico è stata modellata considerando una trasformazione termodinamica adiabatica, mediante la tecnica dei Volumi Monitorati.

Per la modellazione del fluido (acqua) contenuto all'interno del serbatoio sono stati utilizzati due diversi approcci: in un caso è stata ripresa la tecnica dei Volumi Monitorati (trasformazione isovolumica), in un altro caso è stata utilizzata la tecnica degli S.P.H..
La tecnica S.P.H. si avvale di una modellazione meshfree con approccio particellare.

Inoltre, nel modellare il polipropilene con cui è realizzato il serbatoio, si è tenuto di conto anche della sensibilità del materiale alla velocità di deformazione, cosa che ha permesso di simulare con buona approssimazione le eventuali rotture.

Al modello sono state imposte: una velocità di avanzamento di 13,88 m/s, una velocità di rotazione intorno al proprio asse di 58,7 rad/s e l'accelerazione di gravità g=9,81 m/s^2. La barriera ed il suolo sono stati modellati come superfici rigide.



I risultati ottenuti da questi due modelli sono stati confrontati fra loro e con i dati rilevati dalla prova sperimentale, confermando una buona corrispondenza.

Il modello così validato potrà essere utilizzato per simulare il comportamento a crash del motociclo in
diverse configurazioni di impatto e contro differenti ostacoli, fissi e mobili, e anche contro differenti tipologie di automobili. Sia pur mantenendo i limiti di qualsiasi schematizzazione, il modello virtuale realizzato è un valido strumento comparativo per lo studio di soluzioni atte al miglioramento della sicurezza passiva del motociclo, consentendo una riduzione significativa del numero di crash test reali.



This dissertation aim is to develop and check a motorcycle F.E. model to be used for crash simulations. The studied vehicle is a Gilera Runner FX 125cc.
The scooter has been used for a crash test against a rigid wall with a speed of 13,88 m/s (50 Km/h).

The CAD geometry of the entire vehicle has been created from the drawings to realize the model used in the simulation. The CAD geometry has been used to create the mesh and after that the connections among parts (welds, joint) and the visco-elastc elements have been created. To support the creation of the virtual model experimental tests have been performed to determine the mechanical properties of material, the static and hydraulic behavior of suspensions and the tire's stiffness. Finally other tests have been performed to determine the mass, the moments of inertia of the block formed by engine-silencer-wheel, considered as a rigid body.

Attention has been paid to the tire and the tank.
The air in the tire has been taken into consideration by using an adiabatic thermodynamic transformation inside the tire itself, using the Monitored Volumes technique.

For what concern the water inside the tank two ways has been pursued: using the Monitored Volumes technique ad imposing an isovolumic transformation or using the S.P.H. elements.
The S.P.H. is a mesh-free particle method.

Furthermore the effect of strain rate on the polypropylene used to make the tank has been taken into account. This made possible to simulate the real ruptures of the tank. Finally the initial conditions have been imposed: the vehicle speed (13,88 m/s), the rotational speed of the front wheel (58,7 rad/s) and the gravity acceleration (9,81 m/s^2). The wall and the soil have been considered as rigid surfaces.

The results from the simulations of the two models have been compared among themselves and with the experimental tests, showing a good correspondence. The model so validated could be used to simulate the motorcycle behavior during an accident in different impact conditions and against different objects. Even though the virtual model is a simplified representation of the real model, it is a significant tool in order to study and compare different solutions for improving motorcycle passive safety, with a relevant reduction in the number of actual crash tests.
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