Progettazione di un cerchione in materiale composito per una vettura di Formula Sae

The aim of the work is to model a wheel-rim for a formula-style racecar: the wheel center, or disk, is built in aluminium alloy (7075-T6), while the rim is built of carbon fiber. The projects intends to prove strength of the component in every situation of use (2.5g turn, 2.5 brake) and also fatigue strength and camber stiffness: the main goal of the project is minimizing weight. For strength calculation an analytical model has been developed to be aware of the stress state which the wheel-rim spokes goes trough: after hand made calculation the model is validated by FEA. For fatigue strength a multi-body model of the entire vehicle has been developed in which the contact between wheel and asphalt has been modeled trough PACEJKA 2002 model. The multi-body model has been used to develope Force-time plots from which fatigue strength was determined.

Lo studio è finalizzato alla progettazione di un cerchione per una vettura da corsa in stile formula: il centro ruota, o disco, è in lega di alluminio 7075-T6, mentre il canale, cioè la parte esterna, è realizzato in fibra di carbonio. Lo studio si pone obiettivi in termini di resistenza (2.5g in curva ed in frenata), rigidezza, vita utile (1000 km) e di minimizzazione del peso. Per gli obiettivi di resistenza ci si affida dapprima ad un modello di calcolo manuale per prendere coscienza dello stato tensionale delle razze del centro ruota: il modello viene poi validato attraverso analisi agli elementi finiti. Per quanto riguarda la vita sotto carico si costruisce invece un modello multi-body dell'intera vettura e se ne modella l'interfaccia tra pneumatico e suolo mediante il modello di Pacejka (PAC 2002, i cui coefficienti vengono ricavati a partire da dati sperimentali degli pneumatici); dal modello multi-body si ricavano gli spettri di carico alla ruota e di conseguenza si determina la vita utile facendo riferimento al modello analitico costruito per il calcolo statico. Per quanto riguarda la rigidezza invece, ci si affida al modello agli elementi finiti per confrontare i risultati del nuovo cerchione con quelli del vecchio.