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progettare
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GIUGNO
2015
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DOSSIER
INDUSTRIA AUTOMOTIVE
del veicolo. Creareun sistemadi analisi
complessivo per ottimizzare dapprima
il comportamento della scocca nelle
quattro aree citate e individuare poi
un progetto finale che sintetizzasse
tutte le caratteristiche ‘migliori’ con
il minor peso possibile era una sfida
complessa. Fra i vari comportamenti
analizzati, la rigidità (statica e dina-
mica) richiedeva innanzitutto calcoli
lineari. L’analisi NVH, invece, compor-
tava complessi problemimultifisici che
dovevano tenere conto sia delle intera-
zioni fisiche fra i componenti del telaio,
sia delle vibrazioni di tutta la scocca.
L’aspetto più complesso era però la
resistenza agli urti (crashworthiness),
che presenta diversi grandi di non-
linearità a seconda che l’impatto sia
frontale, laterale o posteriore. “L’ana-
lisi dell’impatto laterale interessa solo
l’ambitodellaflessioneedell’instabilità
elastica, che possono essere previste
con un modello di approssimazione”,
spiega Kohira. “L’impatto frontale e
anteriore comportano invece una forte
non-linearità dovuta sia all’instabilità
elastica sia alla compressione assiale
di molte parti; l’ottimizzazione dei pesi
rispetto alle prestazioni era quindi par-
ticolarmente complessa”.
Velocizzare il processo di valutazione
Per raccogliere tutti i dati inunprogetto
di scocca con le prestazioni migliori, il
team ha utilizzato diverse tecniche di
Design of Experiment (DOE) e modelli
di approssimazione, testando manual-
mente diversi compromessi e combi-
nazioni fra i vari comportamenti. Gli
obiettivi prestazionali dellascoccasono
stati definiti come vincoli, mentre le
variabili di progetto erano gli spessori
del materiale per ciascun componente
della scocca. “Il nostro obiettivo finale
era sempre ridurre il peso della scoc-
ca”, afferma Kohira. “Ma avremmo
impiegato moltissimo tempo per rag-
giungere quell’obiettivo con un lavoro
manuale di organizzazione e confronto
dei dati.”
Il team si è quindi affidato a Isight di
Dassault Systèmes per automatizzare
il processo ed esplorare vari progetti.
“Dopo aver cominciato a usare Isight,
abbiamo individuato più facilmente i
limiti dei nostri progetti dopo gli studi
DOE, agevolando le nostre decisioni
successive”, dice Kohira. “Potevamo
esplorare più facilmente l’ambito del
progetto e visualizzare più chiaramen-
te i risultati”. Isight ha consentito agli
ingegneri di integrare tutto il software
rato per sviluppare una metodologia
multidisciplinare di ottimizzazione del
progetto della scocca di acciaio del
modello di auto CX-5. “La tecnolo-
gia di ottimizzazione è fondamentale
per risolvere il problema di bilanciare
l’incremento delle prestazioni con la
riduzione del peso,” spiega Takehisa
Kohira, tecnico specializzato di Mazda.
L’obiettivo del team era individuare
lo spessore minimo della lamiera che
consentisse di raggiungere i quattro
valori principali di prestazione per il
tetto della CX-5: rigidità, confortevo-
lezza (data dai valori di rumorosità,
vibrazioni e ruvidità di guida, o NVH),
durevolezza e resistenza all’impatto. A
questoscoposonostati utilizzati diversi
strumenti CAE per modellare tutti gli
aspetti del comportamento della scoc-
ca, fra cui Abaqus, LS-Dyna, Nastran
e altri. “Il CAE ci aiuta a migliorare i
progetti, aumentare la precisione delle
nostre analisi e ridurre il numero di
prototipi fisici,” afferma Kohira. Aba-
qus, il software di Dassault Systèmes,
per l’analisi a elementi finiti (FEA), ha
consentito di valutare la resistenza, la
durevolezzadei componenti dellascoc-
ca e il carico termico dei componenti
della trasmissione durante lo sviluppo
Il diagramma di flusso dimostra la
complessità delle attività finalizzate alla
riduzione del peso di un’auto, mantenendone
inalterate le prestazioni fondamentali.
Analisi iniziale della sezione della scocca della Mazda
CX-5. Gli interventi di riduzione del peso (bianco) e
incremento del peso (rosa) in seguito all’ottimizzazione
delle prestazioni rispetto a diversi parametri.