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Modellazione e simulazione dell'impatto frontale di una struttura ferroviaria con il metodo degli elementi finiti

Informazioni tesi

  Autore: Andrea Fornara
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1998-99
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Giovanni Belingardi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 211

Il lavoro si occupa della simulazione del crash del telaio della cabina di un locomotore ferroviario attraverso un codice di calcolo a elementi finiti. Il modello CAD tridimensionale del telaio oggetto dell'analisi, costituito da elementi tubolari in acciaio è stato discretizzato utilizzando elementi guscio a quattro nodi. Ad esso sono stati applicati successivamente dei dissipatori di energia costituiti da strutture a nido d'ape (honeycomb). I risultati della simulazione espressi sia in termini di deformate successive ai vari istanti di simulazione, sia in termini di forza scambiata che di velocità e schiacciamento sono stati confrontati con quelli ottenuti in un precedente lavoro attraverso simulazioni su modelli di tipo multibody.
La tesi è stata anche l'occasione per lo sviluppo di una macro di traduzione dell'input dal formato utilizzato dal codice di calcolo a elementi finiti ANSYS al codice di calcolo eplicito DYNA3D.

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1Introduzione La progettazione dei mezzi di trasporto deve essere effettuata assicurando il confort e la sicurezza degli occupanti. In ambito di sicurezza, il progettista deve poter prevedere le deformazioni che la struttura può subire in caso di sollecitazioni estreme. Nel settore automobilistico, ferroviario, navale o aerospaziale, i costruttori hanno denominato questo settore di ricerca con il termine di “sicurezza passiva”. Essa corrisponde allo studio di tutte le tecnologie integrate con il veicolo, mirate a limitare l’effetto di un incidente sui passeggeri. Questo settore è complementare a quello della “sicurezza attiva”, che sviluppa le tecnologie mirate alla prevenzione dell’incidente. Nel momento in cui un incidente diviene inevitabile, due sono gli obiettivi fondamentali che vanno ricercati: il primo è quello della limitazione dei valori massimi delle accelerazioni trasmesse dalla struttura ai passeggeri; il secondo è quello di assorbire la totalità dell’energia cinetica posseduta dalla struttura per mezzo della sua deformazione, il tutto in modo da preservare l’integrità delle zone occupate. Per questo, durante la fase di progettazione dei veicoli è indispensabile eseguire una verifica delle scelte tecnologiche effettuate. Numerose norme riguardanti la progettazione delle strutture dei mezzi di trasporto sono state emanate. Nel campo automobilistico, per esempio l’omologazione è subordinata al superamento di prove di resistenza sia statiche che dinamiche. In campo ferroviario, navale e aerospaziale le normative che definiscono le caratteristiche di resistenza in caso di urto sono meno numerose. Questo può essere dovuto alla minor frequenza degli incidenti, che tuttavia risultano catastrofici nella quasi totalità dei casi. Fino a pochi anni orsono non esisteva alcuna possibilità di prevedere il comportamento ad impatto di strutture complesse, se non ricorrendo ad esperienze precedenti a modelli semplificati che mostravano talvolta grossi limiti. L’analisi veniva condotta per via sperimentale su prototipi. Come conseguenza di tutto questo, il progettista doveva

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